close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

20 февраля 2009, ики ран - Плазменные процессы в Солнечной

код для вставкиСкачать
Чибис
ИЗУЧЕНИЕ НОВЫХ
ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В
АТМОСФЕРНЫХ
ГРОЗОВЫХ РАЗРЯДАХ
В.Н. Ангаров, С.И. Климов, В.Г. Родин, Л.М. Зелёный
Институт космических исследований РАН
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Введение
Чибис
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Введение
Чибис
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Чибис
Введение
Спутниковые наблюдения
• COMPTON (BATSE) – первые
наблюдения гамма-всплесков, идущих
от Земли
• FORTE – узкополосные импульсы (NBP)
радиоизлучения (26 – 48 MГц) + оптика
• RHESSI - гамма-всплески идущие от
Земли (TGF)
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Введение
гамма
Ливень
убегающих
электронов
Молниевый
разряд
Схема формирования убегающих электронов и
гамма излучения от молниевого разряда.
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
РФФИ 06-02-08076
Чибис
В ходе исследований по гранту РФФИ
«Новые физические механизмы
электрических разрядов в атмосфере»
[PI – А.В.Гуревич, Л.М.Зелёный Co-I – С.И.Климов],
разработана теория ступенчатого лидера в
сильных электрических полях [1].
В отличие от обычной теории, в ней
одновременно учитываются три основных
процесса:
обычный пробой, явление убегания электронов и
пробой на убегающих электронах.
[1] A.V. Gurevich, K.P. Zybin, Yu.V. Medvedev, Runaway breakdown in
strong electric field as a source of terrestrial gamma flashes and gamma
bursts in lightning leader steps, Phys. Lett. A 361, 119–125, 2007
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
РФФИ 06-02-08076
Чибис
Показано, что в результате обычного пробоя в сильном
электрическом поле происходит убегание
рождающихся высокоэнергичных электронов.
Часть этих электронов, энергия которых превышает
критическое значение, являются затравкой для пробоя
на быстрых электронах, в результате которого
нарастает лавина электронов релятивистских энергий.
Релятивистские электроны эффективно излучают
тормозные гамма кванты.
Проведено сравнение предложенной модели с данными
наблюдений спутника RHESSI идущих со стороны
Земли гамма всплесков.
Показано, что предложенная модель позволяет
объяснить эти наблюдения.
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
РФФИ 06-02-08076
Чибис
На основе проделанных расчетов сформулированы
требования к экспериментальному изучению высотных
разрядов.
Основным требованием является одновременное
измерение радио и гамма излучений в
суб-микросекундном временном диапазоне.
Измерение ультрафиолетового и оптического излучений
должно служить цели подтверждения факта, что
наблюдались атмосферные грозовые разряды.
Проведена разработка экспериментального подхода к
исследованию высотного разряда с использованием
специализированной космической платформы нового
поколения и созданию бортовой специальной аппаратуры
для изучения атмосферных разрядов.
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
РФФИ 06-02-08076
Мы ориентируемся на изучение процессов,
происходящих на высотах до 20 км, с помощью
микроспутника, находящегося на высоте 500 км,
Чибис
и наземных обсерваториях.
[2] Klimov, S.I., V.G.Rodin, L.M.Zelenyi, V.N.Angarov. Development of
the Method of the Creation of Micro-Satellite (~ 50 kg) Platforms for the
Fundamental and Applied Research of the Earth and Near-Earth Outer
Space. R Sandau, H-P. Roeser, A. Valenzuela (Eds.) Small Satellites for
Earth Observation. Springer Science+Busines Media B.V. p. 333-343,
2008.
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
РФФИ 06-02-08076
Чибис
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Чибис
Основные параметры научной
аппаратуры (НА)
микроспутника «Чибис-М»
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Чибис
Основные параметры НА «Чибис-М»
- Рентген-гамма детектор – РГД (RGD) НИИЯФ МГУ
- диапазон рентгеновского и гамма- излучения
- масса ~ 2 кг
-потребление ~ 5 Вт
- 50-500 кэВ
-Детектор ультрафиолета – ДУФ (DUF) НИИЯФ МГУ
-- спектра оптического излучения 180-400 и 650-800 нанометров
-- масса – 0.7 кг
-- потребление – 0,5 Вт
-Цифровая камера – ЦФК (DPC) ИКИ РАН
-- информативность (матрица 500х500, разрешение ~ 250 м)
-- масса – 1.5 кг
-- потребление – 8 Вт
-Радиочастотный анализатор – РЧА (RFA) ИКИ РАН
-- диапазон частот – 28 – 50 МГц
-- масса РЧА – 3.55 кг
-- потребление – 6 Вт
-Магнитно-волновой комплекс – МВК (MWC)Украина
-- диапазон частот – 0 – 20 лГц
Венгрия
-- масса МВК – 2.35 кг
-- потребление – 4 Вт
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Основные параметры НА «Чибис-М»
Чибис
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Чибис
Основные параметры НА «Чибис-М»
БКУ IKI
Комплекс «Гроза»
МВК
АФУ2,2
IKI
ПРД2,2
IKI
БНД-Ч
IKI
АФУ РЧА
IKI
РЧА
IKI
ДУФ
SINP
РГД
SINP
ЦФК
IKI
ПСА
ИМ
Hungary
Ukraine
КВЗ1
КВЗ2
Ukraine
Ukraine
БЭ ФМ
ДФМ
Ukraine
Ukraine
Блок-схема НА
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Чибис
Основные параметры НА «Чибис-М»
W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
WWWWWWWWWWWWWWWWW W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
W
БНД-Ч
БКУ
«универсальная» блок-схема приборов НА
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Основные параметры НА «Чибис-М»
Чибис
Кольцевая память (КП) у каждого прибора имеет
фиксированный размер на несколько событий.
Общий размер памяти прибора определяется
максимальной длительностью события этого
прибора,
который
задают
постановщики
эксперимента. Длительность события может
регулироваться по командам. Пример: РЧА-1 с, РГД20 мс, ДУФ-100 мс.
Командами от БКУ через БНД-Ч, кроме длительность
события, могут задаваться и другие параметры
оцифровки
события:
период
оцифровки
(дискретизация по времени), критерий «событие
произошло» (СП, триггер), объём информации «до»
и «после» события.
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Основные параметры НА «Чибис-М»
Чибис
События (грозовой разряд) происходят случайным
образом, поэтому при записи в КП делается
привязка к бортовому времени, оформление массива
события (заголовок, нумерация и т.д.). В КП
пишется только событие соответствующее критерию
«событие произошло» (СП). При отсутствии
события в КП пишется следующий цикл
возможного события.
Каждый прибор автономно производит запись события
в КП со своим временным разрешением. Количество
событий регистрируемых за один сеанс работы
прибора ограничен примерно несколькими
гигабайтами. Для выбранных значений
производительности (РЧА) это будет около 10
событий.
Дополнительно увеличивать объемы памяти лишено
т.к. имеются
ограничения
поФЕВРАЛЯ
передаче
Конференциясмысла,
«ФИЗИКА ПЛАЗМЫ
В СОЛНЕЧНОЙ
СИСТЕМЕ» 17-20
2009, ИКИ РАН
Чибис
Основные параметры НА «Чибис-М»
1 МБ
ЦФК
Тсргд
РГД
ДУФ
Тк
0,2
20 мс
МБ
50 мс
5 КБ
Тсрча
РЧА
Тп
20 мс
Тк
2 МБ
Тк
Тп
Строб по триггеру
РГД
БНД
Строб по триггеру
РЧА
Не более 1 с для перезаписи
в буферную память
Формирование Тк по
совпадению стробов от РЧА и
РГД. Стробы совпали, оба
события записаны
Передача данных по CAN, длительный процесс.
Время не определено.
Время после Тк
(+Т)
Завершение записи в буферную память и подготовки
данных на передачу по CAN
Время до Тк (-Т)
ТК
Следующие циклы фиксации
событий, пока не заполнится
буферная память
ТК
~ 95 с
Следующее возможное
совпадение стробов.
Стробы совпали, крайняя
позиция
Совпадения
стробов нет
Пример диаграммы работы КНА.
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Временное разрешение.
Миллисекундные события. TGF
Чибис
Временное разрешение должно быть лучше, чем 0.1 мс
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Временное разрешение.
Миллисекундные события. TGF
Чибис
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Временное разрешение.
Миллисекундные события. TGF
Чибис
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Временное разрешение.
Миллисекундные события. TGF
Чибис
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Временное разрешение.
Чибис
Определение
высоты разряда
(h)
h
h
Схема двух гипотез - TIPP’s – вторичный импульс, или эхо.
Модель высотного разряда предполагает, что вторичный
импульс связан со вторичным импульсом в мезосфере. Модель
отражения от Земли – второй импульс это отражение от Земли.
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Микроспутниковая платформа «Чибис»
Чибис
Micro-satellite
“Chibis-M”
Масса - 40 кг
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Микроспутниковая платформа «Чибис»
Чибис
Масса - 40 кг
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Микроспутниковая платформа «Чибис»
Чибис
Основные технические характеристики микроспутника "Чибис".
Масса
40 кг.
научные приборы
10.8 кг.
служебная аппаратура
12.6 кг.
конструкция и система терморегулирования
16.6 кг.
Орбита
круговая высотой ~ 480 км.
Время активного существования
не менее 2-х лет.
Система ориентации: электромеханическая (электро-маховики)
магнитодинамическая (электромагниты), гравитационная (штанга)
точность определения ориентации по датчикам (звездный, солнечный, горизонта) и
системе GPS - ГЛОНАСС
до 2-х угл. мин.
точность наведения (электромаховики и оптоволоконный ДУС)
+/- 3 – 15 угл. мин.
Система передачи данных:
- борт-земля – 1Мбит/с;
- объем накопительной памяти комплекса научной аппаратуры
– 256 Мбайт;
- минимальный суточный объем принимаемой от КНА информации – ~ 50 Мбайт;
- радиочастоты командной и телеметрической линий
–145, 435 МГц;
- радиочастота передачи информации от КНА
– 2200 МГц
Система бортового энергопитания
мощность
~ 50 Вт круглосуточно.
напряжение
12 +/- 3 В
ёмкость БХБ, суммарная
9.5 А/час
суммарная площадь солнечных батарей
0.95 м2
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Наземные наблюдения
Чибис
Тяньшаньская высокогорная научная станция
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Наземные наблюдения
Чибис
Тяньшаньская высокогорная научная станция
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Наземные наблюдения
Чибис
Тяньшаньская высокогорная научная станция
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Наземные наблюдения
Чибис
• Frequency range 0.1-30 MHz
• Amplification
5-40 dB
(in 5 dB steps)
• Recording channels 1 - 4
• ADC range
14 bits
• Maximum sampling
frequency
60 MHz
• Maximum record
length
1 sec
• Trigger mode - internal/external
Станция Сура
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Наземные наблюдения
Чибис
Станция Сура
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Наземные наблюдения
Чибис
Станция Сура, 22 июля 2004, 21:00:32
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Заключение
Чибис
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Заключение
Чибис
КНА "Гроза" в ходе проведения измерений на орбите
должен решать следующие научные задачи по
изучению:
а) ступенчатого лидера высотных молний;
б) высотного распределения разрядов облако –
поверхность Земли и облако - облако;
в) узких биполярных радио-импульсов (NBP);
г) фона радиоизлучений в дипазоне 20-50 МГЦ;
д) всплесков УФ излучения;
е) электромагнитных параметров
космической погоды в диапазоне 10-2 – 2*105 Гц.
Изучение космической погоды должно осуществляться
как параллельно с изложенными выше, так и
самостоятельно при передаче через ПРД 2.2 информации
с прибора ПСА (ФМ, ИМ и КВЗ) на приёмный пункт
Университета Ётвоса.
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Заключение
Чибис
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Заключение
Чибис
В процессе полёта микроспутника «Чибис-М» с
использованием КНА «Гроза» должна
реализовываться научно-образовательная
программа путем передачи научной информации
(например, с магнитно-волновых приборов)
непосредственно на школьные и
университетские наземные приёмные пункты.
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Заключение
Чибис
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Заключение
Чибис
Мы ориентируемся на измерения TGF и NBP на высоте
микроспутника ~ 500 км. Конечно, излучения от
молний, рождённые на высоте 5-20 км и
распространяющиеся
на
высоту
500
км,
взаимодействуют с окружающей атмосферой и
ионосферой и изменяются.
Мы заинтересованы в контактах со специалистами,
изучающими эти взаимодействия.
Нам нужно знать условия, в которых происходят
разряды на высоте 5-20 км. Для этого, в первую
очередь, нужны скоординированные наземные
наблюдения, особенно в приэкваториальных
областях
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Чибис
Заключение
Цифровую фотокамеру мы используем для
подтверждения, что молния зафиксирована в
виде рассеянного свечения от облаков.
Поэтому мы ориентируемся на ночные наблюдения.
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Заключение
Чибис
Древний метод ночных наблюдений
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Чибис
Спасибо за внимание
Уважаемые коллеги !!!
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
MWC
B
Чибис
PreAmp
B
B-sensor
Calibr.
B
I
Cal. Control B
PreAmp
I
I-sensor
Calibr.
E,I
E
T
E-sensor
Out. “B”
Out. “I”
Cal. Control I
Calibr. Sign
PreAmp
E
T-sensor
Out. “E”
Out. “T”
Linear
Regul.
Power
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
MWC
Чибис
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
MWC
Чибис
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
MWC
Чибис
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
MWC
Sensor
Compo
nent
Bandwidth
Чибис
Sampling
Speed (max.)
Search coil
(Bx,Bz,By)
3
10Hz – 40kHz 100KHz
Electric VLF
(E=E2-E1)
1
10Hz – 40kHz 100KHz
Plasma current
(I1,I2)
2
10Hz – 40kHz 100KHz
Electric ULF
(E=E2-E1)
1
DC -100Hz
250Hz
Magnetometer
(BMx,BMy,BMz)
3
DC -100Hz
250Hz
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
MWC
Чибис
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
Conclusion
Чибис
For the correct algorithm of the production of
the sign of event (lightning)
are necessary the knowledge of
mutual time scale TGF and NBP.
Конференция «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ» 17-20 ФЕВРАЛЯ 2009, ИКИ РАН
В ходе создания академического
микроспутника «ЧИБИС», в создании
которого участвуют и приобретают
реальный опыт молодые специалисты,
использована современная
концепция «летающего прибора»,
позволяющая проводить научные
космические исследования без
привлечения дорогостоящих
космических аппаратов,
разрабатываемых предприятиями
космической отрасли.
Конференция «Инновации РАН – 2007» 7-9 ноября 2007 г. г. Черноголовка
Документ
Категория
Презентации по физике
Просмотров
2
Размер файла
11 139 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа