Комплекс для картографирования озона и профилей OMPS

КСКМ

Научная аппаратура КСКМ решает задачи мониторинга поля бортовых микроускорений и исследования возможности их снижения системой электромагнитов во время всего орбитального полета КА «Фотон-М» №4 (для проведения оперативного расчета низкочастотной составляющей микроускорения в диапазоне значений от 10^-4g_о до 10^-7g_о на текущий момент времени по измерениям вектора магнитной индукции геомагнитного поля и данным состояния кинематических параметров КА - вектора угловой скорости вращения, вектора местоположения и вектора скорости - и формирования компенсирующего момента на уровне 1% от расчетного), а также вести слежение за магнитной обстановкой внутри спускаемого аппарата КА «Фотон-М» №4.

Для решения этих задач разработаны программно-аппаратные средства контроля состояния и компенсации микроускорений (КСКМ), в состав которых входят:

• бортовая научная аппаратура КСКМ, разработанная Самарским государственным аэрокосмическим университетом (СГАУ);
• автоматизированное рабочее место (АРМ) аппаратуры КСКМ с системным и специальным программно-математическим обеспечением, разработанное ФГБУН Институтом прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН;
• бортовое программное математическое обеспечение функционирования НА КСКМ в составе КА и реализованная на средствах бортовой вычислительной системы КА, программное обеспечение НА КСКМ и схема информационного взаимодействия аппаратуры КСКМ с наземными средствами управления КА и АРМ КСКМ, которые разработаны специалистами ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс».

В состав НА КСКМ входят:

• блок электроники с контроллером и специальным программно-математическим обеспечением для управления работой НА, обработки измерений геомагнитного поля, расчета низкочастотных микроускорений и величины управляющего магнитного момента с коэффициентом усиления 10^-3 от расчетного  значения, подаваемого на электромагниты в целях имитации компенсации возмущений, а также для формирования программной телеметрической информации (ПрТМИ);
• три трехкомпонентных датчика для измерения вектора магнитной индукции внутри СА;
• три электромагнита, инициирующие магнитный момент для компенсации возмущений, действующих на КА;
• мультиплексный канал обмена информацией, по которому передаются данные от бортовой вычислительной системы КА в НА КСКМ, включая следующие: угловая скорость КА по данным измерений системы управления движением, навигационная информация от бортовой системы координатно-временного обеспечения в составе данных измерений компонентов вектора местоположения и вектора скорости КА, а также информационный массив для управления НА КСКМ.

В состав программной телеметрической информации включены данные, необходимые для мониторинга поля бортовых остаточных микроускорений на борту КА, а также параметры для анализа работоспособности НА.

Сформированная телеметрическая информация передается каждые сутки на Землю по каналам и обрабатывается  средствами АРМ КСКМ, которые входят в состав аппаратуры, которой располагает группа обеспечения экспериментов на территории ЦУП ЦНИИмаш.

На средствах АРМ КСКМ устанавливается специальное программно-математическое обеспечение, позволяющее:

• управлять работой аппаратуры КСКМ;
• выполнять расчет и анализ уровня микроускорений на борту КА по телеметрическим данным, полученным от аппаратуры КСКМ;
• вести расчет величины управляющего магнитного момента, подаваемого на электромагниты НА для компенсации возмущений. 

Способ возвращения результатов космических экспериментов

По радиоканалу в сеансах передачи телеметрической информации, а также в виде записей в запоминающем устройстве, возвращённом на Землю в составе научной аппаратуры внутри спускаемого аппарата.

КРИСТАЛЛ

Научная аппаратура КРИСТАЛЛ предназначена для получения высокосовершенных кристаллов белков способом температурного управления процессом кристаллизации. Постановщиком шести планируемых КЭ является Научно-исследовательский центр «Космического материаловедения» - филиал Института кристаллографии РАН (г. Калуга). Эта научная аппаратура реализует способ температурного управления процессами кристаллизации белка. Управление температурой влияет на растворимость белка и скорость роста кристаллов, оставляя другие параметры кристаллизации (концентрацию белка и осадителя, объём) неизменными. При этом с помощью локального понижения температуры в объеме раствора белка можно регулировать количество зародышей и скорость роста кристаллов, и тем самым сделать процесс кристаллизации белков управляемым и воспроизводимым. В земных условиях этот метод обеспечивает приближение к диффузионному массопереносу, а в условиях невесомости – чисто диффузионный механизм массопереноса при исключении конвекций любого вида с прецизионной ±(0,1–0,2)°C локальной стабилизацией температуры и управлением ею в ходе процесса кристаллизации, что создаёт условия самоорганизации молекул белка при встраивании их в кристаллическую решетку и позволяет реализовать высокое совершенство выращиваемых кристаллов. При этом в невесомости появляется возможность оптимизировать массоперенос, обусловленный возникновением концентрационной неоднородности вокруг растущего кристалла. Отсутствие конвекции в процессе кристаллизации позволяет также минимизировать влияние вибраций на процессы кристаллизации.

Научная аппаратура КРИСТАЛЛ выполнена в виде моноблока, состоящего из трех функциональных блоков:

• герметичной теплоизолированной камеры;
• кассеты с капиллярами белковых растворов;
• устройства управления.

Научная аппаратура КРИСТАЛЛ обеспечивает заданную температуру всего раствора капилляра и в локальной точке в диапазоне (4 ¸ 40)^о С, при этом точность поддержания заданного значения температуры составляет  ±0,1^оС. Научная аппаратура обеспечивает регулируемый нагрев и охлаждение с необходимой в данных экспериментах скоростью, в диапазоне (1¸1,5)^о С/мин. Продолжительность непрерывной работы установки при проведении одного эксперимента не превышает 1000 часов. Эксперименты проводятся полностью в автоматическом режиме. Запуск научной аппаратуры производится путем передачи управляющих команд из бортового компьютера или по командам с Земли, предусмотрена возможность накопления и передачи информации по телеметрии на Землю.

Для проведения шести космических экспериментов программы «Кристалл» в качестве объекта исследований выбраны кристаллы белка лизоцима – фермента, разлагающего бактериальные стенки, реализующего таким образом иммунные функции живых организмов. Этот белок часто используется в качестве модельного материала для изучения процессов выращивания кристаллов белков, поскольку условия его кристаллизации хорошо изучены в наземных лабораториях.

Таким образом, в полёте КА «Фотон-М» №4 будут проведены эксперименты по получению в космосе кристаллов белков высокого структурного совершенства методами жидкостной диффузии, диффузии из газовой среды и новым для получения белков в космосе методом «направленной кристаллизации». Полученные в космосе кристаллы белков предполагается использовать для фундаментальных исследований, которые могут стать основой будущей разработки лекарственных препаратов методом так называемого «драг-дизайна», а также найти применение в интенсивно развивающейся биоэлектронике и молекулярной медицине.

Научная аппаратура КРИСТАЛЛ обеспечивает заданную температуру всего раствора капилляра и в локальной точке в диапазоне (4 ¸ 40)^о С, при этом точность поддержания заданного значения температуры составляет  ±0,1^оС. Научная аппаратура обеспечивает регулируемый нагрев и охлаждение с необходимой в данных экспериментах скоростью, в диапазоне (1¸1,5)^о С/мин. Продолжительность непрерывной работы установки при проведении одного эксперимента не превышает 1000 часов. Эксперименты проводятся полностью в автоматическом режиме. Запуск научной аппаратуры производится путем передачи управляющих команд из бортового компьютера или по командам с Земли, предусмотрена возможность накопления и передачи информации по телеметрии на Землю.

Для проведения шести космических экспериментов программы «Кристалл» в качестве объекта исследований выбраны кристаллы белка лизоцима – фермента, разлагающего бактериальные стенки, реализующего таким образом иммунные функции живых организмов. Этот белок часто используется в качестве модельного материала для изучения процессов выращивания кристаллов белков, поскольку условия его кристаллизации хорошо изучены в наземных лабораториях.

Таким образом, в полёте КА «Фотон-М» №4 будут проведены эксперименты по получению в космосе кристаллов белков высокого структурного совершенства методами жидкостной диффузии, диффузии из газовой среды и новым для получения белков в космосе методом «направленной кристаллизации». Полученные в космосе кристаллы белков предполагается использовать для фундаментальных исследований, которые могут стать основой будущей разработки лекарственных препаратов методом так называемого «драг-дизайна», а также найти применение в интенсивно развивающейся биоэлектронике и молекулярной медицине.

Способ возвращения результатов космических экспериментов

Результаты КЭ возвращаются на Землю вместе с научной аппаратурой – это данные наблюдаемых процессов кристаллизации белков, а также информация о характеристиках процессов в запоминающем устройстве. В полёте на Землю передаётся краткая телеметрическая информация о состоянии работы научной аппаратуры.

КБТС15

Одним из важнейших элементов комплекса научной аппаратуры космического аппарата «Фотон-М» является технологическая установка ПОЛИЗОН-2, составляющая основу КБТС15. Эта установка представляет собой автоматическую вакуумную много-зонную электропечь, оснащенную магазином, в который загружаются 12 капсул с исход-ным сырьём. В ходе полёта нагреватели создают заданный температурный профиль, и при вытягивании капсулы из печи с определенной для конкретного эксперимента скоростью в капсуле растет кристалл. Нагревательный блок состоит из 5 нагревателей, на каждом из которых может быть задан свой закон регулирования температуры, что делает печь достаточно универсальной, позволяя вести эксперименты, используя при этом разные технологии (зонную плавку и метод Бриджмена) и задавая в каждом эксперименте близкие к оптимальным параметры технологического процесса. Печь оснащена магнитными индукторами, которые используются в ряде экспериментов для создания ламинарного течения расплава вблизи фронта кристаллизации или для перемешивания расплава перед кристаллизацией. Отличительной особенностью установки ПОЛИЗОН-2 по сравнению с её прошлыми модификациями является увеличенный диаметр нагревателей, что позволит выращивать кристаллы промышленного размера – до 40 мм. Программа экспериментов на базе электропечи частично продолжает ранее выполненную программу экспериментов на предыдущих КА серии «Фотон-М», но запланирован ряд экспериментов с новыми материалами. В программе предусмотрено проведение пяти совместных российско-германских экспериментов в соответствие с заключенным контрактом Федерального космического агентства с Германским аэрокосмическим центром (ДЛР), при этом планируется участие и других зарубежных постановщиков – из Франции, Канады, Италии, Греции и Испании. (Проведение совместных с зарубежными партнёрами экспериментов строится на равноправной основе.) Остальные 7 экспериментов являются российскими. Постановщиками экспериментов на КА «Фотон-М» №4 с российской стороны являются специалисты Института физики твердого тела Российской академии наук (ФГБУН ИФТТ РАН, Черноголовка), Института кристаллографии РАН (ФГБУН ИК РАН), Филиала ИК РАН – Научно-исследовательского центра «Космическое материаловедение» ИК РАН (НИЦ КМ ИК РАН, Калуга) и Филиала ФГУП «ЦЭНКИ» - Научно-исследовательского института стар-товых комплексов (НИИСК, Москва). Следует особо подчеркнуть, что в планируемой программе большое внимание уделяется задачам получения однородных по свойствам полупроводниковых монокристаллов многокомпонентных твердых растворов на основе соединений германия, дотированного галлием, германий-кремний, германий-галий-сурьма, тройных соединений кадмий-цинк-теллур, антимонида галлия и др. для высокоэффектив-ных термофотоэлектрических преобразователей, детекторов излучений. Значительные надежды возлагаются и на эксперимент с фуллереном (эксперимент планируется провести на ПОЛИЗОН-2).

Способ возвращения результатов космических экспериментов

Результаты КЭ возвращаются вместе с научной аппаратурой на Землю (в ампулах, которые прошли обработку, а также развёрнутая информация о проведённых процессах кристаллизации в запоминающем устройстве). В полёте на Землю передаётся краткая телеметрия о состоянии режимов работы научной аппаратуры.

КАЛИБР

Изучению влияния микрогравитации на температурные характеристики фазовых переходов низкотемпературных эвтектических сплавов (в готовящемся космическом эксперименте - чистого галлия) посвящена экспериментальная программа «Калибр» из двух космических экспериментов (КЭ) на основе научной аппаратуры КАЛИБР. В ходе космического эксперимента будет выполняться циклический процесс «плавление – кристаллизация» галлия (Т_пл.=29,75 ºС) с повтором не менее 10 раз. Результаты экспериментальной программы «Калибр» - прецизионно измеренные характеристики фазовых переходов плавления/кристаллизации галлия – необходимы для бортовых устройств калибровки высокоточных радиометров теплового ИК-диапазона, которые нужны в создаваемой в настоящее время Глобальной Системе Наблюдения Земли (GEOSS). Постановщиком КЭ является ФГУП «ВНИИ оптико-физических измерений» Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии РФ, в подготовке и реализации КЭ участвуют специалисты ФГУП ЦНИИмаш.

В тепловом блоке (ТБ) научной аппаратуры КАЛИБР осуществляется термоциклирование, обеспечивающее последовательную кристаллизацию и плавление находящегося в нём галлия. В ходе космического эксперимента производится управление режимом работы ТБ (нагревом, охлаждением, термостабилизацией) и выполняются прецизионные измерения температуры в окружённой галлием полости ТБ. 

Способ возвращения результатов космических экспериментов

Результаты КЭ возвращаются на Землю вместе с научной аппаратурой – это видеозапись наблюдаемых процессов, а также информация о характеристиках процессов в запоминающем устройстве. В полёте на Землю передаётся краткая телеметрическая информация о состоянии работы научной аппаратуры.

Инфракрасный Фурье спектрометр ИКФС-2

Инерционный датчик MIRAS-01. SSTL

MIRAS-01 MEMS инерционный сенсор предоставлющий 3-ех осевые измерения для передачи их в систему управления аппаратом. Прибор работает при температурном диапазоне перекрывающем реально возможные диапазоны, а следовательно не нуждается в активном охлаждении. Внутренние часы могут быть синхронизированны от системы SGR-10 GPS премника. Все измерения имеют метку времени. Прибор оснащен дополнительным портом для тестирования и отладки.

Используется для:

аппаратов на НОО; систем управления аппаратами; малых КА; резервирования звездного датчика; работы в условиях солнечных вспышек; при аномалиях в работе КА.

Инерционные датчики

Измеритель гравитации STAR

3-осевой измеритель ускорения.