Молодые учёные НИЯУ МИФИ разрабатывают прибор для изучения полярных сияний

Лаборатория геокосмических исследований GeoSpace НИЯФ МИФИ возвращается к активной научной работе. Сейчас в центре внимания коллектива, состоящего из опытных специалистов, студентов и школьников, — создание перспективной научной аппаратуры для малых космических аппаратов формата CubeSat 3U.

Один из проектов лаборатории — разработка сцинтилляционного многослойного спектрометра «Светлана», который предназначен для изучения полярных сияний — одного из самых красивых и физически сложных явлений в околоземном пространстве. Главная задача научной аппаратуры, устанавливаемой на спутниковую платформу «Геоскан 3U» (МКА «Аркадий Гальпер») — совместная регистрация потоков энергичных электронов, высыпающихся из внешнего радиационного пояса Земли, и свечения атмосферы в авроральном овале.

Во время геомагнитных бурь частицы с энергиями от десятков кэВ до десятка МэВ проникают в ионосферу, вызывая ионизацию и возбуждение атомов, в результате снятия которого и возникает излучение, наблюдаемое нами как полярное сияние (в том числе привычное нам северное сияние, т. к. мы живём в северном полушарии). Помимо наглядности явления, изучение протекающих процессов в реальном времени может позволить получить и научные результаты, например, установить прямые количественные связи между энергией частиц и интенсивностью свечения, что крайне важно для понимания физики магнитосферно-атмосферного взаимодействия. 

Конструктивно прибор представляет собой многослойный спектрометр, состоящий из модулей двойных плоскостей, наполненных сцинтилляционными полосами — этот узел имеет собственное имя TwinPad. Такая архитектура позволяет регистрировать частицы в широком энергетическом диапазоне с высоким временным разрешением прямо на борту наноспутника стандарта CubeSat, а также унифицирует устройство для использования в будущих миссиях.

Для повышения достоверности измерений в прибор встроена система антисовпадений, которая эффективно подавляет фоновые события, вызванные галактическими космическими лучами и вторичными частицами, не связанными с исследуемым процессом высыпания. Это позволит выделять полезный сигнал даже в условиях сложной радиационной обстановки на орбите.

Над созданием модулей TwinPad с сотрудниками и студентами лаборатории трудятся школьники из нескольких образовательных организаций — ребята занимаются отработкой механической части и сборкой детекторов. 

Другая группа учащихся подключилась к ещё одной важной задаче — разработке электронных схем прибора и программированию алгоритмов его работы на ПЛИС и микроконтроллере. Это позволяет молодым исследователям получить бесценный опыт работы с бортовой цифровой электроникой на самом современном уровне.

Команда лаборатории геокосмических исследований GeoSpace НИЯФ МИФИ отмечает, что возможность провести полноценные наблюдения на борту космического аппарата формата CubeSat — интересный и амбициозный вызов. За плечами специалистов — десятки экспериментов, проведённых на искусственных спутниках Земли, в том числе на орбитальных станциях «Салют», «МИР», МКС. Среди самых ярких страниц истории — участие в эксперименте PAMELA, результаты которого в 2008 году были признаны научным сообществом одним из серьёзнейших достижений человечества наряду с запуском Большого адронного коллайдера.

«Мы с большим энтузиазмом восприняли идею создания серии малой научной аппаратуры, в том числе спектрометра «Светлана», и с удовольствием передаём свои знания и многолетний опыт подрастающему поколению. Уверены, что совместная работа над этим прибором станет как важным шагом в подготовке новых кадров для отечественной космической отрасли, так и принесёт новые научные данные», — добавил сотрудник лаборатории геокосмических исследований GeoSpace НИЯФ МИФИ. 

Проект реализуется в рамках научно-образовательной программы Space-π Фонда содействия инновациям при поддержке федерального проекта Минобрнауки России «Кадры для космоса».