Разработки ИПФ: Датчик измерения параметров космической плазмы

Учёные Института прикладной физики разработали новый датчик для измерения концентрации и флуктуаций космической плазмы. Этот прибор станет частью микро- и наноспутника.

Более подробно о разработке исследователей ИПФ РАН нам рассказал кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории методов плазменной диагностики Александр Галка.

Главная задача работы датчика — непрерывный и локальный мониторинг состояния ионосферы на борту малогабаритного спутника. Это крайне важно для поиска закономерностей возмущений и изменения плазменных и электромагнитных параметров ионосферы. Отметим, что именно эти показатели во многом определяют жизнедеятельность человечества.

Новая зондовая диагностика будет установлена на двух спутниках:

— микроспутник ТРАБАНТ (разработка Института космических исследований РАН)

— наноспутник SamSat-Ion 10x10x30 см (Самарский университет им. С.П. Королева).

Высокое пространственно-временное разрешение датчика позволяет измерять неоднородные образования в ионосфере со сверхмалым масштабом менее 1 м в широком частотном диапазоне 100 кГц.

Динамический диапазон соответствует параметрам ионосферы для низкоорбитальных спутников с высотой полета порядка 500 км. В совокупности с электромагнитными данными это позволит в реальном времени проводить плазменно-волновой мониторинг околоземного космоса, который необходим для исследований «космической погоды».

В основе спутниковой диагностики лежит резонансный плазменный СВЧ-зонд. Ранее он успешно применялся для контроля параметров плазмы в лабораторных установках.

Резонатор, созданный учёными ИПФ, отличается других резонансным способом измерения параметров плазмы. При этом малые частотные сдвиги в пределах ширины резонанса фиксируются с помощью амплитудно-фазовых характеристик резонатора. Длина порядка 30-40 см не превосходит размеры малоразмерного спутника. Эта методика позволяет расширить диапазон измеряемых значений на три порядка по концентрации, не увеличивая геометрических размеров СВЧ-зонда. Эта возможность значительно повышает диагностический потенциал передатчика.

Работа над прибором ведется в отделении геофизических исследований Института прикладной физики РАН. Там у исследователей есть возможность проводить масштабные исследования физики окружающей среды и вести лабораторное моделирование динамики околоземного пространства.

Действенность новой методики проверена на уникальных плазменных стендах КРОТ и ИОНСФЕРА. Оба стенда используются для моделирования электрофизических процессов в ионизированных оболочках Земли и в космической плазме. Гигантские размеры установок и широкий набор диагностик позволили провести эксперимент в условиях «безграничной» плазмы и испытать диагностику в масштабе 1:1, как в космосе.