Проект ФОБОС-ГРУНТ
Принцип работы и основные характеристики приборов
гамма-спектрометра ФОГС, масс-спектрометра МАЛ-1Ф,
термодетектора ТЕРМОФОБ, сейсмометра СЕЙСМО-1,
детектора космической пыли МЕТЕОР-Ф.
В 2009г. в соответствии с Федеральной космической программой России будет осуществлен запуск космического аппарата «Фобос-Грунт».
Основной целью проекта является забор и доставка на Землю образцов грунта Фобоса. Для аттестации места посадки КА «Фобос-Грунт» на поверхности Фобоса в ГЕОХИ РАН совместно с организациями-соисполнителями (ИПМ РАН, ИФЗ РАН) был разработан и изготовлен комплекс научной аппаратуры:
● гамма-спектрометр ФОГС
● масс-спектрометр МАЛ-1Ф
● термодетектор ТЕРМОФОБ
● сейсмометр СЕЙСМО-1
Кроме того, был изготовлен детектор космической пыли МЕТЕОР-Ф для изучения метеорных частиц на трассе полета и в окрестностях Марса и Фобоса.
С помощью указанных выше приборов будут решены следующие научные задачи:
● Изучение содержания основных породообразующих элементов от водорода до железа и естественных радиоактивных элементов калия, тория, урана.
● Исследование состава газообразной компоненты породы Фобоса.
● Определение теплофизических свойств грунта.
● Изучение внутреннего строения Фобоса.
Гамма-спектрометр ФОГС предназначен для определения концентрации естественных радиоактивных и основных породообразующих элементов: водорода, углерода, кислорода, магния, алюминия, кремния, калия, кальция, титана, марганца, железа, тория и урана в слое породы толщиной до 2м.
Прибор состоит из двух блоков: блока детектирования, в состав которого входит сцинтилляционный детектор детектор на основе кристалла CsI и полупроводниковый детектор для изучения потока тепловых нейтронов и многоканальный амплитудный анализатор импульсов (рис.1).
Рис.1
Методика эксперимента основана на регистрации гамма-излучения естественных радионуклидов калия, тория, урана и гамма-излучения, обусловленного ядерными взаимодействиями космических лучей с элементами, входящими в состав пород Фобоса.
Технические характеристики приведены в Табл.1
Табл.1
Гамма-спектрометр
ФОГС |
Измеряемый параметр |
Энергия гамма-квантов,
поток тепловых нейтронов |
Диапазон измерений |
Гамма-кванты: от 0,3 МэВ до 9,0 МэВ,
Нейтроны до 0,4 эВ |
Точность измерений |
1-2 вес.% для основных породообразующих элементов |
Масса прибора |
4,5 кг |
Энергопотребление |
8 Вт |
Информативность
|
2052,5 байта ∕ 30 мин. |
В соответствии с циклограммой работы научной аппаратуры прибор будет работать на трассе полета по часу в месяц для измерения фона, обусловленного ядерными взаимодействиями космических лучей с конструктивными элементами прибора и КА. На поверхности Фобоса периодическое включение прибора на 150 мин в соответствии с циклограммой работы комплекса научной аппаратуры.
Масс-спектрометр МАЛ-1Ф предназначен для исследования состава газообразной компоненты породы.
Прибор МАЛ-1Ф входит в состав хромато-масс-спектрометрического комплекса ХМС (ИКИ РАН и ГЕОХИ РАН).
Прибор представляет собой монопольный масс-спектрометр пролетного типа, состоящий из ионного источника, электродной системы анализатора и блока электроники (рис.2).
Рис.2
Методика работы прибора МАЛ-1Ф основана на регистрации спектра масс летучих компонент породы, поступающих из хроматографа ИКИ РАН.
Технические характеристики приведены в Табл.2
Масс-спектрометр
МАЛ-1 |
Измеряемый параметр |
Масса ионов газовой компоненты, выделенной из грунта Фобоса. |
Диапазон измерений |
От 1 до 200 а.е.м. |
Точность измерений |
Лучше 1 а.е.м. |
Масса прибора |
4,5 кг |
Энергопотребление |
40 Вт |
Информативность |
< 300 кбайт |
В соответствии с циклограммой прибор включается однократно на 40 мин после поступления пробы грунта в хроматограф.
Термодетектор ТЕРМОФОБ предназначен для теплофизических измерений в приповерхностном слое грунта Фобоса.
Конструктивно прибор состоит из трех термодатчиков, расположенных на разных опорах посадочного устройства аппарата и блока электроники (рис.3).
Рис.3
Метод основан на активной термометрии с применением контактного нагрева грунта и регистрации обратных тепловых потоков.
Технические характеристики прибора приведены в Табл.3.
Табл.3
Термодетектор
ТЕРМОФОБ |
Измеряемый параметр |
Температура грунта |
Диапазон измерений |
100 - 380 K |
Точность измерений |
0,25 К |
Масса прибора |
0,955 кг |
Энергопотребление |
2,5 Вт |
Информативность |
367 кбайт |
В соответствии с циклограммой проводится 10 сеансов измерений по 50 мин.
Сейсмометр СЕЙСМО-1 предназначен для изучения внутренней структуры Фобоса.
Конструктивно прибор состоит из трех блоков: узкополосного сейсмометра, широкополосного сейсмометра и блока электроники (рис.4)
Рис.4 Метод основан на регистрации сейсмоколебаний, возникающих под действием ударов метеоритов о поверхность Фобоса.
Технические характеристики прибора приведены в Табл.4
Табл.4
Сейсмометр
СЕЙСМО-1 |
Измеряемый параметр |
Величина смещения грунта |
Диапазон измерений |
10-7¸10-12 м |
Точность измерений |
10% |
Масса прибора |
0,955 кг |
Энергопотребление |
0,5 Вт |
Информативность |
~ 200 кбайт∕час |
Прибор включается на поверхности Фобоса и работает непрерывно в течение всей миссии.
Детектор космической пыли МЕТЕОР-Ф предназначен для определения плотности потока метеорных частиц вблизи Марса, получения данных о физико-динамических параметрах метеорных частиц, принадлежащих пылевой оболочке Марса, а также для оценки метеорной опасности полетов космических аппаратов.
Конструктивно прибор выполнен в виде моноблока, включающего в себя полусферическую мишень, открытую в космическое пространство, коллектор ионов и узел электроники (рис.5) 
Рис.5
Принцип метода основан на явлении испарения и ионизации метеорных частиц при высокоскоростном ударе частиц о мишень.
Технические характеристики прибора приведены в Табл.5
Табл. 5
Детектор космической пыли МЕТЕОР-Ф |
Измеряемый параметр |
Масса, скорость метеорных частиц |
Диапазон измерений |
Скорость от 3 до 35 км/с
Масса - от 10-14 до 10-5 г |
Точность измерений |
Масса – 30%
Скорость:
10% - в диапазоне 3-10 км/с
30%- в диапазоне 11-35 км/с |
Масса прибора |
3,5 кг |
Энергопотребление |
4,5 Вт |
Информативность
|
4 кбайта∕сброс |
Прибор работает непрерывно до момента посадки КА на поверхность Фобоса.
Реализация указанных выше экспериментов позволит впервые определить элементный состав пород Фобоса, наличие и состав летучих, получить данные о теплопроводности породы, о внутреннем строении Фобоса, прояснить вопрос о существовании пылевых колец в окрестностях Марса.
Разработанная малогабаритная, портативная научная аппаратура может найти применение в областях народного хозяйства, не связанных с космической деятельностью, в частности: в геологических и геофизических работах, мониторинге природных и техногенных катастроф в труднодоступных районах Земли.
ЦИКЛОГРАММА
Гамма-спектрометр «ФОГС»
В соответствии с циклограммой работы научной аппаратуры прибор будет работать на трассе полета по часу в месяц для измерения фона, обусловленного ядерными взаимодействиями космических лучей с конструктивными элементами прибора и КА.
На поверхности Фобоса периодическое включение прибора на 150 мин в соответствии с циклограммой работы комплекса научной аппаратуры.
Масс-спектрометр «МАЛ-1Ф»
В соответствии с циклограммой прибор включается однократно на 40 мин после поступления пробы грунта в хроматограф.
Термодетектор «ТЕРМОФОБ»
В соответствии с циклограммой проводится 10 сеансов измерений по 50 мин.
Сейсмометр «СЕЙСМО-1»
Прибор включается на поверхности Фобоса и работает непрерывно в течение всей миссии.
Детектор космической пыли «МЕТЕОР-Ф»
Прибор работает непрерывно до момента посадки КА на поверхность Фобоса. Сеансы связи с прибором на трассе полета один раз в месяц.
|
