Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Физико-математические науки
Физика приборов, элементов и систем

Диссертационная работа:

Перцов Андрей Александрович. Бортовые аппаратно-программные комплексы для долговременных космических экспериментов по исследованию коротковолнового излучения Солнца : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.04.01 / Перцов Андрей Александрович; [Место защиты: Физ. ин-т им. П.Н. Лебедева РАН].- Москва, 2008.- 86 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-1/328

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы. Диссертация посвящена разработке и созданию бортового аппаратного и программного обеспечения космических долговременных экспериментов по исследованию коротковолнового излучения Солнца методом изображающей спектроскопии. Рентгеновское и ВУФ излучение Солнца формируется в солнечной короне и содержит разнообразную информацию о плазменных структурах, связанных с конфигурациями магнитных полей, и их динамике. Актуальность работы связана с актуальностью проблем физики солнечной атмосферы и солнечно-земных связей. До настоящего времени остаются нерешенными ряд фундаментальных проблем физики Солнца, такие как: механизм нагрева солнечной короны и ускорение солнечного ветра, природа выделения и трансформации энергии в солнечных вспышках и других эруптивных процессах. Солнечная корона представляет большой интерес как объект физического исследования благодаря сложной структуре (активные области, корональные дыры, яркие точки и др.) и явлениям активности (вспышки, выбросы корональ-ных масс, взрывные протуберанцы и т.п.). Развитие этих явлений, связанное с нестационарными процессами перехода магнитной энергии в другие ее виды, является также характерными для многих астрофизических объектов. Природа этих явлений остается, в значительной степени непознанной. Помимо этого Солнце является уникальным источником информации о спектрах и характеристиках процессов возбуждения многозарядных ионов.

Ответы на вопросы фундаментального характера, в частности, о природе явлений солнечной активности дают ключ к решению прикладных задач солнечно-земных связей. К таким задачам относятся: прогнозирование земных явлений и состояние т.н. «космической погоды», непосредственно связанное с солнечной активностью, обеспечение безопасности космических полетов и надежности космических аппаратов и многие другие.

Внеатмосферные исследования рентгеновского излучения Солнца были впервые проведены в конце 40х годов в США. В СССР подобные эксперименты с использованием космических аппаратов были начаты в конце 50-х годов прошлого века в лаборатории спектроскопии Физического института им. П.Н.Лебедева Академии Наук СССР по инициативе профессора С.Л.Мандельштама. К середине 70-х г.г. было подготовлено и проведено более 25 космических экспериментов, в том числе на 15 высотных геофизических ракетах и 7 специализированных солнечных спутниках серий "Космос" и "Ин-

теркосмос". Исследования в СССР развивались в значительной мере параллельно с работами, проводимыми в США, а затем и в Англии, взаимно дополняя и развивая друг друга. Успешное развитие исследований рентгеновского излучения Солнца в первые 15 лет космической эры стало возможным в нашей стране благодаря высокому уровню экспериментальной и теоретической спектроскопии, достигнутой в ФИАНе. На основе результатов исследований рентгеновского излучения Солнца на первом этапе, изучения принципиальных возможностей оптических схем для наиболее информативной для диагностики плазмы область длин волн 8 - 335 А и разработки новой элементной базы рентгеновской оптики были сформулированы методы решения научных задач в космических экспериментах на солнечных космических станциях. Одним из таких методов - метод рентгеновской изображающей спектроскопии полного Солнца заключается в одновременном получении изображений и спектров Солнца с высоким угловым и спектральным разрешением в узких участках спектра и монохроматических линиях рентгеновского и ВУФ диапазона, характеризующих различные температурные слои солнечной плазмы. Этот метод был использован при разработке аппаратуры для последующих экспериментов на межпланетной станции «Фобос-1» (1988 г.), на солнечных станциях КОРОНАС-И (1994г.) и КОРОНАС-Ф (2001 - 2005 г.г.). Наиболее значительный вклад в изучение верхней атмосферы Солнца был сделан в эксперименте СПИРИТ на спутнике КОРОНАС-Ф. Целью эксперимента являлось исследование пространственно-временной структуры явлений солнечной активности с помощью комплекса рентгеновских инструментов. Для эксперимента СПИРИТ в ФИАНе был разработан не имеющий мирового аналога комплекс аппаратуры, который позволял получать одновременно спектральные (в 10 каналах) и монохроматические (в 160 спектральных линиях) рентгеновские изображения всего Солнца с высоким спектральным, пространственным и временным разрешением. Проведение таких наблюдений потребовало применение новых наукоемких технологий как в области разработки электронно-оптических устройств нового типа, так и в области создания автономных комплексов управления и обработки информации.

Целью диссертации является разработка, испытание и создание бортовых аппаратно-программных комплексов управления (АПКУ) длительными внеатмосферными экспериментами по исследованию коротковолнового излучения Солнца и их использованию для получения временных рядов спектральных изо-

бражений солнечной атмосферы с высоким пространственным и временным разрешением.

Объектом исследования космических экспериментов является плазма солнечной короны.

Предметом исследования является рентгеновское и ВУФ излучение Солнца.

Задачи диссертации. Для достижения основной-цели - создания аппаратно-программного комплекса управления (АПКУ) солнечными космическими экспериментами, в диссертации был поставлены и решены следующие задачи:

  1. Разработка и создание координатно-чувствительных приемников рентгеновского излучения высокого пространственного и временного разрешения, предназначенных для долговременного автономного использования на космических аппаратах.

  2. Разработка принципов организации и планирования наблюдений и методов управления комплексом приборов на борту космических аппаратов: «Фобос-1», «Коронас-И» и «Коронас-Ф».

  3. Разработка и создание системы управления оптическими и электронными узлами всего комплекса бортовой аппаратуры, предназначенной для:

Накопления и первичной обработки научной информации.

Управления узлами бортовых научных приборов.

Обработки, анализа, сжатия и упаковки научной информации.

Поиска физических событий.

Реализации адаптивных режимов работы.

Сбора служебной информации.

Обеспечения работы в нештатных ситуациях.

4. Лабораторное тестирование и калибровка бортовой аппаратуры.
Диссертация содержит описание АПКУ для бортовой аппаратуры на КА

«Фобос-1», Коронас-И, Коронас-Ф и результаты ее использования в экспериментах ТЕРЕК, ТЕРЕК-КУРЕС-К и СПИРИТ.

Научная новизна работы состоит в постановке и решении задач создания нового типа АПКУ долговременных солнечных космических экспериментов. Новыми также являются следующие результаты, полученные в работе: 1. Создан ряд координатно-чувствительных рентгеновских приемников нового типа с динамическим диапазоном до 104 с высоким пространственным (до 5 секунд дуги) и временным ( 5 сек) разрешением.

  1. Впервые разработаны принципы организации и планирования долговременным космическим экспериментом по наблюдению рентгеновского излучения Солнца.

  2. Созданы новые методы бортового управления комплексом приборов и потоками научной информации.

  3. Впервые реализованы многочисленные, в том числе адаптивные, режимы работы космической аппаратуры.

5.Созданы и реализованы новые бортовые алгоритмы сжатия, обработки и упаковки информации в условиях информационных сбоев.

Научная и практическая ценность работы определяется актуальностью тематики в области как фундаментальных, так и прикладных исследований. Применение разработанных комплексов, позволило реализовать метод изображающей спектроскопии в долговременных экспериментах на космических аппаратах: «Фобос-1» (1988 г.), КОРОНАС-И (1994 г.) и КОРОНАС-Ф (2001 - 2005 г.г.). В результате проведения экспериментов ТЕРЕК, ТЕРЕК-К/РЕС-К и СПИРИТ, бьш накоплен уникальный банк научных данных: рентгеновских и ВУФ монохроматических и спектральных изображений всего Солнца и солнечной короны до Зх солнечных радиусов общим объемом более 10 ГБ информации (около 300 тыс. отдельных изображений). Эта база данных может быть использована в многих российских и иностранных научно-исследовательских центрах, таких как: ИКИ, ИЗМИР АН, ГАИШ, ННИЯФ МГУ, ГАО и др. Полученные данные позволили обнаружить новый класс явлений солнечной активности и провести детальное определение параметров динамики явлений в горячей плазме солнечной короны. В частности, впервые наблюдались и были исследованы крупномасштабные долговременные события в солнечной короне («пауки»), впервые исследована пространственная структура импульсных вспышечных событий. По результатам наблюдений впервые было получены распределения электронной температуры и плотности в активных областях и вспышках. Впервые получены новые данные о спектрах многозарядных ионах корональной плазмы.

Разработанные в диссертации принципы построения, технические решения и методы, являются основой и применены для создания нового поколения космической аппаратуры (эксперимент ТЕСИС на КА КОРОНАС-ФОТОН). Широкополосные приемники изображения, созданные на принципах разработанных автором, широко используются в качестве лабораторных приемников рентгеновского изображения и в нейтронной томографии.

Апробация работы. Результаты работы, составившие основу диссертации, опубликованы в 19 рецензируемых журналах и были представлены на отечественных и зарубежных конференциях:

VII Всесоюзной конференция ВУФ-86, Латвия 1986г, VIII Всесоюзной конференция ВУФ-89, Иркутск 1989 г.; симпозиум "Прикладная оптика-94", Санкт-Петербург 1994 г., совещание "Рентгеновская оптика- 2002, Н. Новгород 2002 г; конференция «Актуальные проблемы физики солнечной и звездной активности», Н.Новгород 2003 г; конференция посвященная 90-летию со дня рождения чл.-корр. АН СССР В.Е.Степанова, Иркутск 2003 г, ИСЗФ СО РАН; Всероссийская астрономическая конференция ВАК-2004 «Горизонты Вселенной», МГУ, ГАИШ, 2004 г.; конференция "КОРОНАС-Ф: три года наблюдений активности Солнца 2001-2004 гг.", ИЗМИР АН, Троицк Московской обл. 2005 г; 10th European Solar Physics Meeting, Praha, Czech Republic, 2002, 34th COSPAR Scientific Assembly, Houston, USA, 2002; 35th COSPAR Scientific Assembly, Paris, France, 2004; Международная конференция "Физика Солнца", Крым, п. Научный, КРАО, 2006 г. и других.

Результаты были также апробированы на семинарах в следующих научных центрах:

Физическом институте РАН, Институте космических исследований РАН, ГАО (Пулково), Парижской обсерватории (Франция) и других.

Основные результаты, представленные в 19 работах, приведены в конце автореферата в хронологическом порядке. Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Разработаны и созданы двухкоординатные детекторы формата до 1024x1152 элементов с однофотонной чувствительностью в диапазоне Х<10 нм. для регистрации изображений в автономных долговременных космических экспериментах. С помощью таких детекторов получены изображений солнечной атмосферы размером до Зх радиусов Солнца с пространственным разрешением до 5 секунд дуги.

  2. Разработанне методы бортового управления комплексами космических приборов в экспериментах ТЕРЕК, ТЕРЕК-КУРЕС-К и СПИРИТ на КА «Фобос-1», Коронас-И и Коронас-Ф, позволили получить изображения всего Солнца одновременно в 4х различных спектральных каналах коротковолнового излучения с временным разрешением до 4 сек.

3. Созданный аппаратно-программный комплекс управления (АПКУ), обеспечил получение за 4,5 года непрерывной безаварийной работы до 10 ГБ научной информации о строении и динамики солнечной атмосферы.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит их введения, обзора литературы, трех глав и заключения.

Общий объем 86 страниц, включая 22 рисунка и 6 таблиц. Список литературы

содержит 97 наименований.

Подобные работы
Алексеев Николай Николаевич
Ускорительно-накопительный комплекс для экспериментов по физике высокой плотности энергии в веществе и релятивистской ядерной физике
Якута Алексей Александрович
Создание и методика применения автоматизированных аппаратно-программных комплексов для количественных демонстрационных экспериментов (На примере раздела "Механика" курса общей физики классического университета)
Соловьева Светлана Леонидовна
Программный комплекс для моделирования гамма-спектрометрических экспериментов и методика обработки гамма-спектров
Форыцки Адам
Система сбора данных в экспериментах по исследованию эффектов каналирования заряженных частиц в монокристаллах
Хименес Арсола Рейнель
Изучение плазмы в хвосте магнитосферы Земли и разработка эксперимента для дальнейших исследований
Фатеев Олег Владимирович
Разработка и исследование газовых координатных детекторов для эксперимента HADES, спектрометра поляризованных нейтронов СПН и рентгеновского дифрактометра КАРД-7
Евдокимов Анатолий Валерьевич
Электромагнитный калориметр для исследований свойств частиц и резонансов в эксперименте SELEX
Мусиенко Юрий Васильевич
Разработка и исследование лавинных фотодиодов для электромагнитного калориметра эксперимента "Компактный мюонный соленоид"
Кушпиль Светлана Александровна
Исследование характеристик кремниевых дрейфовых детекторов трековой системы для эксперимента ALICE
Кобзев Александр Павлович
Исследование свойств излучения Вавилова-Черенкова в радиаторах конечной толщины

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net