Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26

Климов С.И., В.Г.Родин
«Колибри-2000» опыт создания
микроспутниковых
платформ.
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Запуск российско-австралийского
научно-образовательного микроспутника
«Колибри-2000»
(вес 20,5 кг) с использованием
инфраструктуры Международной
космической станции стал первым
шагом Программы НаучноОбразовательных Микроспутников
(ПНОМ’ 2002-2007).
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
«Колибри-2000» первый в серии научнообразовательных
микроспутников.
В данном проекте участвовали
школы г.г. Обнинска, Москвы
(Россия) и Сиднея (Австралия).
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
20 марта 2002 года в 01:28 после отстыковки
ТК «Прогресс М1-7» и удаления его от МКС на
безопасное расстояние «Колибри-2000» был
запущен из специального контейнера [1, 2],
установленного на открытом люке.
3 мая 2002 года «Колибри-2000» закончил свой
полет на Земной орбите, войдя в плотные слои
атмосферы над Тихим океаном в 23:19 по
Московскому времени.
Его миссия длилась 45 дней, за которые «Колибри2000» совершил 711 оборотов вокруг Земли.
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Несмотря на малые размеры, микроспутник
(МС) нес 3.6 килограмма научной
аппаратуры, которая позволяла проводить
достаточно широкий спектр научных
исследований как в сфере «классической»
космофизики, так и по изучению
космической погоды, атмосферноионосферных связей,
а также решать задачи
космического образования.
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Российско-австралийский научно-образовательный микроспутник «Колибри-2000»
противовес
солнечные
панели
штанга противовеса
система навигации
научное
оборудование
антенна 435 МГц
направление
скорости
Масса
20,5 кг, в т.ч.:
научного оборудования
3,6 кг
- анализатор частиц и эл. полей
2,8 кг
- потоково-зависимый магнетометр
0,8 кг
магнитно-гравитационная система
стабилизации и одноосной ориентации 2,7 кг
сервисные системы
12,5 кг, в т.ч.:
- трансмиттер/ресивер с буфером 2 Мб 1,9 кг
- система энергообеспечения
(12 +2/–3 В; 3,5 А)
5,1 кг
- кабели, коннекторы
1,9 кг
- конструкция и пассивная
терморегуляционная система
5,3 кг
внешние параметры конструкции
(шестиугольная призма с размерами):
- высота
540 мм
- внешний диаметр
370 мм
энергетическая емкость
от солнечных панелей (0,5 м 2 )
до 30 Вт
орбита
МКС;
система ориентации
с точностью ориентации не хуже
10о;
телеметрия
145/435 МГц;
300-4800 бод
информационная емкость
1,5 Мб/день
антенна 145 МГц
Рис 2. Схема и основные параметры МС «Колибри-2000»
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Учитывая значительную самостоятельность и
проработку научных приборов, вплоть до
использования в ряде космических проектов
(Космос-484, Интеркосмос-10, Прогноз-8,
Интербол-Хвостовой зонд и др.), было принято
решение, в том числе по финансовым
соображениям, использовать оригинальные
конструкции приборов.
Использование оригинальных конструкций также
диктовалось оригинальностью датчиков научных
приборов.
[Беляев, А.А., О.Р.Григорян, С.И.Климов, Л.С.Новиков, С.Б.Рябуха, И.В.Чурило. Комплекс аппаратуры
СПРУТ-VI для орбитальной станции МИР. Приборы и техника эксперимента, № 1, с. 95-100, 2004. ].
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Несмотря на то, что научная аппаратура изза необходимого цикла "настройки"
служебных систем опрашивалась
телеметрической системой только 4%
времени,
в целом было обеспечено равномерное
покрытие земной поверхности, что хорошо
видно из рис.3.
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Рис.3. Географическое распределение фрагментов трассы пролета микроспутника "Колибри2000", во время которых функционировала научная аппаратура.
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
60 o
ГРС 4
ГРС 3
Датчик
электрического поля
Датчик
электрического поля
Датчик
электрического поля
Датчик
электрического поля
Модуль
расширения
ввода/вывода
АЧП - Э
ГРС 1
Газоразрядный
счётчик ГРС
Модуль АЦП
Управляющий
контроллер
Блок питания (+/-5,
+/-15, +400, +1750,
+2000 В)
Детекторы
нейтронов
RS232
+12 В
ГРС 2
БДН
Электрометр
ФЭУ
Сцинтиллятор
Рис.4. Функциональная схема аппаратуры АЧП
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Баллистическое время жизни спутников Земли
определяют уровень солнечной активности и
баллистический коэффициент, который для «Колибри2000» был примерно в 4 раза меньше, чем для МКС.
За время полета «Колибри-2000» уровень солнечной
активности был достаточно высок, что привело к
сокращению времени его баллистического существования.
По предварительным баллистическим расчетам,
«Колибри-2000» должен был просуществовать около 4
месяцев, однако 17-20 апреля 2002 года началось быстрое
снижение высоты его полета, в первую очередь связанное
с повышением активности Солнца.
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Для исследования влияния на ионосферу процессов,
происходивших на Солнце, рассматривались изменения
потоков частиц, магнитного и электрического полей в
умеренных геомагнитных условиях 07-09 апреля 2002
года, измеренных на «Колибри-2000», которые
сопоставлялись со значениями, полученными во время
сильных магнитных бурь 17-24 апреля 2002 года.
[
Тамкович, Г., С.Климов, О.Григорян, В.Петров, В.Радченко, Основные научнообразовательные результаты микроспутника "Колибри-2000". IV Международная
конференция – выставка «Малые спутники. Новые технологии. Миниатюризация. Области
эффективного применения в XXI веке», г. Королев Московской области. 31 мая – 4 июня
2004 г., книга II, с. 287-302, 2004.
Klimov et all., Results of in flight operation of scientific payload on micro-satellite
KOLIBRI-2000. Planetary and Space Sci., 2004 (in press).
Klimov et all., Results of in-flight operation of scientific payload on microsatellite “Kolibri-2000”. Acta Astronautica, 2004 (in press).]
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Рис.5. Пример регистрации потоков электронов с энергиями Ee > 600 кэВ в районе
низких и средних широт на борту МС «Колибри-2000»
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Отчетливо видно из рисунка, что разница
между величиной потоков электронов в
спокойных геомагнитных условиях
(7 апреля)
и возмущенных (22 апреля)
может достигать 5-6 раз.
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Рис. 6а. Пример регистрации электронов на МС «Колибри-2000». E>100 кэВ;
1.2<L<2.0
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Рис. 6б. Пример регистрации электронов на МС «Колибри-2000». E>300 кэВ; L<1.2
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
По этим данным видно, что в области низких и приэкваториальных
широт регулярно регистрируются возрастания потоков электронов.
Полученные
результаты
совпадают
с
данными
других
экспериментов. И если механизм появления электронов под поясами
на средних широтах пока не ясен (возможно, это циклотронное
рассеяние частиц либо на излучении наземных передатчиков, либо
на низкочастотном излучении, сопровождающем молниевые
разряды, то появление электронов вблизи экватора может быть
связано либо с грозовой активностью, либо с землетрясениями.
1.
Григорян, О.Р., С.И. Климов, С.Н. Кузнецов, С.П. Савин. Приэкваториальная зона: постоянные и
переменные электрические поля, энергичные частицы. Межд. Симпозиум «Спутниковые
исследования ионосферных и магнитосферных процессов», тезисы докладов, М. с.5, 1995
1.
Грачев Е.А., Григорян О.Р., Кудела К., Петров А.Н., Шевелева В.Н. Высотное распределение
потоков электронов с энергией > 40 кэВ на средних широтах, Космична наука и технология, т9-2 5564, Киев, Украина, 2002
Гальперин, Ю.И., В.А. Гладышев, Н.В. Джорджио и др. Высыпание энергичных захваченных частиц в
магнитосфере над эпицентром готовящегося землетрясенния. Космич. исслед., т.20, в1, 89-106, 1990
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Измерения на борту спутников малой массы позволяют заметно
увеличить точность мониторинга параметров космической
радиации, особенно нейтронных излучений. Это связано с тем, что
во время измерений на борту массивных космических объектов,
таких как орбитальные станции (>100 тонн), существенный вклад в
счет детекторов оказывает вторичная радиация, которая связана с
взаимодействием энергичных заряженных частиц галактических
космических лучей и радиационных поясов Земли с самим
аппаратом. На рис. 7 приведено сопоставление потоков нейтронов
малых энергий, зарегистрированных при пролете через одну и ту же
область в отсутствие каких-либо возмущений на МКС (эксперимент
«Скорпион») и на борту МС «Колибри-2000». Важно отметить, что
в обоих экспериментах измерения проводились идентичным
оборудованием.
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Рис.7. Регистрация нейтронов на борту МКС и МС «Колибри-2000»
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Видно, что существует заметное различие между
фоновым счетом детекторов в приэкваториальной зоне в
экспериментах «Скорпион» и МС "Колибри-2000", т.е.
более точные измерения космической радиации могут
быть проведены на борту спутников малой массы.
В этом случае (как, например, при регистрации нейтронов
малых энергий) при изучении слабых эффектов мы можем
перейти от статистического анализа данных к изучению
индивидуальных событий.
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Организационнотехнический опыт
предполетной подготовки
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Организационнотехнический опыт
полета
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Образовательные
аспекты
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
• April 2002 events
address new science
and fundamental
understanding of the
coupling and
feedbacks in the SunEarth chain.
• Demonstrate the
power and promise of
systems view - global
imaging, coordinated
multiple satellite
observations.
• Test Bed for Living
with a Star Program
• Workshop planned to
support community
analysis
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Education
Methods of micro-satellite-related work organization for highschool children and students were validated. The University
and school data receiving stations were established in Russia
and Australia, at which students and schoolchildren received
information from the satellite, processed and interpreted
scientific and telemetry data, analyzed the micro-satellite orbit
change process under the effect of the Space Weather.
A possibility of implementation and coordination of space
educational programs by using the world radio amateur
community was proved.
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004
For arrangement and coordination of the PSEMS – related
activities a new organization was established – Interregional Public
Organization “Assotiation of Specialists and Young People for
Creative Research in Space Technologies” – “Microsputnik”
Interregional public organization “Microsputnik”
Profsouznaya 84/32, 117997 GSP7
Moscow, Russi
microsat@iki.rssi.ru
Исполнительная рабочая группа РАН и БАН, София 26-30 октября 2004