Научно-образовательные космические проекты МГУ им. М.В. Ломоносова космические проекты МГУ им. М.В. Ломоносова

Плесецк час.00мин. Старт ракеты-носителя «Космос-3м» с микроспутником « Университетский – Татьяна»

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОСПУТНИКА Орбита: высота км наклонение - 83 о. Масса – 31,6 кг Масса научной аппаратуры НИИЯФ 8,5кг Срок активного существования - >1года ( реально – 25, 5 мес.) Точность ориентации - (1.0 – 3.0) 0. ( реально - хуже) ( реально - хуже) Радиоканал – 135 Мгц – вверх, 435 МГц - вниз Характеристики СЭП: мощность среднесуточная – 7 Вт; Окончание миссии - 7 марта 2007г

Solar flare January, 20, 2005 Татьяна

UV ( nm) spectra of atmospheric emissions What is the role of energetic particles?

«Университетский-Татьяна», февраль, 2005г. Экватор UV – flashes (~ msec) spatial distribution Up to 10 MJ!

Основные итоги Успешная работа в течение двух с половиной лет; Микроспутник может выполнять серьёзные научные задачи; Разработаны многочисленные учебно-методические материалы; Сформировалось университетское сообщество, способное разрабатывать совместные научно- образовательные программы

Татьяна - 2 Цель научной программы проекта : Цель научной программы проекта : Исследование вспышек электромагнитного излучения в верхней атмосфере Земли (TLE – Transient Light Events ), с помощью аппаратуры, регистрирующей энергетические и пространственно- временные характеристики вспышки Исследование вспышек электромагнитного излучения в верхней атмосфере Земли (TLE – Transient Light Events ), с помощью аппаратуры, регистрирующей энергетические и пространственно- временные характеристики вспышки

Татьяна-2 Комплекс детекторов: 1. Детектор УФ и красного излучения. 2. Детектор заряженных частиц с эфф. площадью 400 cм MTEL - короткофокусный УФ телескоп, покрывающий область атмосферы 160×160 км с разрешением 20 км. 4. MTEL - длиннофокусный УФ телескоп, покрывающий область атмосферы 56×56 км с разрешением 7 км. 5. Измерение временных профилей.

В новых проектах для наблюдений транзиентных световых явлений в атмосфере Земли будут применены новые ультрафиолетовые телескопы с адаптивной оптикой

Перспективные проекты НИИЯФ МГУ гг. НУКЛОН (ОКР в программе Роскосмоса) ТУС ( ОКР в программе Роскосмоса) РЭЛЕК ( ОКР в программе Роскосмоса) ИНТЕРГЕЛИОЗОНД ЛОМОНОСОВ

«Ломоносов»

1. 1.Наблюдение космических лучей сверхвысоких энергий 2. 2.одновременные наблюдения гамма-всплесков в оптикеи гамма-лучах Исследование источников и механизмов ускорения Научные задачи

Atmosphere The Earth's surface TUS field of vision UV-collector Satellite Secondary electrons Primary particle ~10* *20 эВ Fluorescent emission Cherenkov emission N max «Ломоносов»

Experimental facility TUS on-board «Lomonosov» Total mirror area – 1,68 m 2 Altitude H=550km Covered surface – 5000 km 2 Active life period – 5 years Lower energy limit eV

«Lomonosov» 2. Studies of transient phenomena in the Earth's upper atmosphere Scientific missions TUS facility will be used for transients studies within UV-range

«Lomonosov» 3. Simultaneous studies of gamma-bursts by means of optic cameras and gamma-detectors Central engine ? Prompt radiation Scientific missions Relativistic jet Black hole Accretive disc

ОБЩИЙ ВИД КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА «МИХАЙЛО ЛОМОНОСОВ» Унифицированная космическая платформа Комплекс целевой аппаратуры

ТУС (ТрековаяУСтановка) Задача – наблюдение частиц сверх- и ультравысоких энергий (до 20 Дж на частицу!) с помощью орбитального детектора, как альтернатива (или дополнение!) гигантским наземным установкам по регистрации ШАЛ

TUS Mission Main goal is detection of Extreme Energy Cosmic Rays. For this goal a large mirror-concentrator is needed. Pixels cover 4000 km 2 of the atmosphere (orbit height 450 km). For detection of TLE a pinhole camera is incorporated. Satellite scientific payload: mass 60 kg, electric power 60 Wt, orientation to nadir ±3º mirror-concentrator area 2 m 2

– поиски природного «ускорителя», разгоняющего частицы до энергий в миллионы раз больших чем на земных ускорителях. Глобальная цель – поиски природного «ускорителя», разгоняющего частицы до энергий в миллионы раз больших чем на земных ускорителях. – сегментированное зеркало диаметром 1,8 м с матрицей малоинерционных в фокусе. Аппаратура – сегментированное зеркало диаметром 1,8 м с матрицей малоинерционных фотоумножителей в фокусе. Исполнители: ЦСКБ «Прогресс», НИИЯФ МГУ, «Космическая регата», ОИЯИ (Дубна)

Первый образец составного зеркала, работающего по принципу Френеля, подготовлен для детектора ТУС.

Образец одного сегмента зеркала

В проекте ТУС-М предлагается создать орбитальный флуоресцентный детектор космических лучей ультравысоких энергий (Е>10 19 эВ) на борту МКС. По своей эффективной «экспозиции» такой детектор эквивалентен наземной установке Оже, создаваемой в Аргентине. Площадь зеркала 10м 2 Фотоприемник 2500ФЭУ Размер ячейки 15мм Масса детектора 170 Кг Потребляемая энергия

Для детектора ТУС-М разрабатывается составное зеркало- концентратор. В транспортном положении зеркало (и фотоприемник) должны поместиться в корабле «Прогресс». В рабочем положении зеркало разворачивается до площади 10 кв. метров.

BDRG + SHOK X-ray, Gamma measurements, Optical cameras for GRBs Trigger formation for GRB. measurements Trigger formation for GRB. measurements Parameters: Total mass: 30±5 kg; Power cons: up to 70 W Telemetry: up to 9 Gb/day SINP/ MSU, GAISh/MSU

UFFO Ultra Fast Flash Observatory UFFO Burst Alert & Trigger Telescope Goals: -GRB observations in UV, Gamma & X-ray, trigger formation. -GRB observations in UV, Gamma & X-ray, trigger formation. EWHA Womans Univ. (Korea), Danmark; UCB,USA; Norway; Spain; SINP /MSU Parameters: Dimensions: 600х600х200 mm; Power cons: 20 W; Mass: 20±3 кг; Telemetry: 100 Mb/day

DEPRON Goals: - Charged particles fluxes measurements; - Radiation monitoring. SINP/MSU Parameters: Dimensions: 220х150х70 mm; Mass: 4±5 kg; Power cons: 5 W; Telemetry: 10 Mb/day

ELFIN-L Goals: - Magnetic field measurements; - Charged particles fluxes measurements UCLA, USA; SINP/MSU, Russia Parameters: Dimensions:200х100х720 mm. Mass: 3±1 kg; Telemetry: 10 Mb/day; Power cons: 5 W

BI Information Unit BI tusks: - control of scientific payload power; - control of scientific payload instruments operation; - On-line data processing; - Formation of telemetric frame of scientific data; - GRB trigger generation and alert of event Collaboration : MSU parameters: power: 30±3 W; mass: 10±2 kg; informativity: 40 Мb/day

НУКЛОН Цель – прямая регистрация космических лучей в энергетическом диапазоне – эВ с поэлементным разрешением заряда в области Z =1 – 30; Масса научной аппаратуры – 165 кг; Общая масса полезной нагрузки – 265 кг; Энергопотребление – 120 Вт; Планируемый запуск гг; Планируемая продолжительность миссии – 5 лет

Состав аппаратуры «Слоистая структура» с габаритными размерами 500х500х270 мм: - 4 слоя падовых детекторов (измерение заряда первичной частицы); - 6 слоёв микростриповых детекторов ( определение энергии, локализации места и траектории частицы); - 6 слоёв позиционно-чувствительных сцинциляционных детекторов (выработка триггерного сигнала)

Nucleon experiment intended on study of very-high energy cosmic ray composition at the «knee» region ( < 1 PeV). Instrument is planned to be installed as the by-pass payload on the serial spacecraft.

РЭЛЕК Основные задачи: - Регистрация релятивистских электронов и их воздействие на атмосферу Земли; - Реакция атмосферы на это воздействие; - Литосферно-ионосферные связи; - Атмосферно-ионосферные связи; - Регистрация нейтральных излучений Солнца ( в частности нейтронов); - Собственная внешняя атмосфера КА.

Что измеряет аппаратура РЭЛЕК Протоны: от 3 МэВ до 50 МэВ; Электроны: от 0,2 МэВ до 10 МэВ; Нейтроны: от 0,01 эВ до 1 МэВ; Рентген: от 10 кэВ до 100 кэВ; Альфа-частицы: от 70 МэВ; Накопленную дозу от 0 до Рад; Н/ч и в/ч компоненты электромагнитных волн; Квазипостоянные магнитное и электрическое поля; Ультрафиолетовое свечение атмосферы

Принципиальные требования к аппаратуре Одновременные наблюдения с высоким временным разрешением вариаций потоков энергичных электронов и протонов и интенсивности низкочастотного электромаг- нитного излучения. Одновременные наблюдения с высоким временным разрешением вариаций потоков энергичных электронов и протонов и интенсивности низкочастотного электромаг- нитного излучения. Измерение тонкой временной структуры транзиентных явлений в оптике, УФ, рентгеновском и гамма диапазонах. Измерение тонкой временной структуры транзиентных явлений в оптике, УФ, рентгеновском и гамма диапазонах. Мониторирование заряженного и нейтраль- ного компонентов аппаратурного фона в различных областях околоземного пространства.

Характеристики приборов детекторы электронов: широкий энергетический диапазон (~ MэВ), временное разрешение ~1 мс, возможность измерения питч-угловог распределения, широкий динамический диапазон (от ~0.1 до 10 5 част./cм 2 с). детекторы электронов: широкий энергетический диапазон (~ MэВ), временное разрешение ~1 мс, возможность измерения питч-угловог распределения, широкий динамический диапазон (от ~0.1 до 10 5 част./cм 2 с). Низкочастотный анализатор: измерение по крайней мере двух компонентов электрического или магнитного поля, частотный диапазон ~ кГц. Низкочастотный анализатор: измерение по крайней мере двух компонентов электрического или магнитного поля, частотный диапазон ~ кГц. Рентгеновские и гамма детекторы: временное разрешение ~1 мкс, чувствительность к регистрации всплеска ~10 -8 эрг/cм 2. Рентгеновские и гамма детекторы: временное разрешение ~1 мкс, чувствительность к регистрации всплеска ~10 -8 эрг/cм 2. Дополнительно: возможность регистрации протонов с энергями > 1 MэВ, широкопольные наблюдения атмосферы в оптике, УФ, рентгеновских и гамма- лучах с возможностью получения оптических изображений. Дополнительно: возможность регистрации протонов с энергями > 1 MэВ, широкопольные наблюдения атмосферы в оптике, УФ, рентгеновских и гамма- лучах с возможностью получения оптических изображений.

Аппаратура ДРГЭ-1 и ДРГЭ-2 - два идентичных блока детекторов рентгеновского, гамма излучения и высокоэнергичных электронов с высоким временным разрешением и чувствительностью. ДРГЭ-1 и ДРГЭ-2 - два идентичных блока детекторов рентгеновского, гамма излучения и высокоэнергичных электронов с высоким временным разрешением и чувствительностью. ДРГЭ-3 - блок трех детекторов энергичных электронов, протонов и гамма-квантов, ориентированных по 3 осям. ДРГЭ-3 - блок трех детекторов энергичных электронов, протонов и гамма-квантов, ориентированных по 3 осям. Teлескоп-T - прибор для получения оптических изображений. Teлескоп-T - прибор для получения оптических изображений. ДУФ - детектор УФ излучения ДУФ - детектор УФ излучения БЧК - блок регистрации заряженных и нейтральных частиц и квантов БЧК - блок регистрации заряженных и нейтральных частиц и квантов НЧА - низко-частотный анализатор НЧА - низко-частотный анализатор РЧА - радиочастотный анализатор РЧА - радиочастотный анализатор DOSTEL - блок дозиметрических измерений DOSTEL - блок дозиметрических измерений БЭ - блок управления и сбора данных БЭ - блок управления и сбора данных

Блок ДРГ-1 (ДРГ-2) Два идентичных фосвич детектора NaI(Tl)/CsI(Tl)/пластмассовый сцинтиллятор, оба ориентированы в надир Физические характеристики: X- и гамма кванты электроны X- и гамма кванты электроны энергетический диапзон MэВ, MэВ эффективная площадь ~200 cм 2 ~200 cм 2 ср (геом. фактор) (полная ~800 cm 2 ) (полная ~800 cm 2 ) временне разрешение 0.1 мкс1.0 мс чувствительность ~5·10 -9 эрг/см 2 ~10 -1 част./cм 2 с

Блок ДРГ-3 Три идентичных фосвич детектора NaI(Tl)/CsI(Tl)/пластмассовый сцинтиллятор, риентированные по трем взаимно перпендикулярным осям Физические параметры: электроныпротоны электроныпротоны энергетический диапазон MэВ, MэВ геом. фактор ~2 cм 2 ср ~2 cм 2 ср временное разрешение 1.0 мс1.0 мс чувствительность ~10 част./cм 2 с~10 част./cм 2 с

Tелескоп -T Оптический имейджер на основе мультизеркал физические параметры: Спектральный диапазон: нм угловое разрешение: 0.4 o. Угол зрения: 7.5 o. Количество ячеек: Количество каналов ФЭУ: 64. Временное разрешение: 100 мкс. Амплитудный диапазон: 10 5.

magnetic and electric field component meters

THE INTERHELIOSOND PROJECT (THE INTERSONG AND THE SKI-4 DEVICES) Studing neutral component of solar flare radiations (neutrons, x-ray and gammas) near to the Sun on a distances up to 25 solar radii 1. 1.Studing fluxes of an electrons, protons and alpha - particles The INTERSONG device allows to detect: – – neutrons ( MeV, MeV ) – – x-ray radiation ( MeV ) – – gamma - quantums ( MeV ) The SKI-4 device allows to detect: – – protons ( MeV, MeV ) – – electrons ( 0,04 - 2,5 MeV ) – – alpha - particles ( MeV / nucl ) Terms of realization of the project – years

Ближний космос – неисчерпаемая естественная лаборатория различных физических процессов Электродинамика Электродинамика Физика плазмы Физика плазмы Статистическая физика Статистическая физика Волновые процессы и оптика Волновые процессы и оптика Механика Механика Атомная и ядерная физика Атомная и ядерная физика

Университетский микроспутник – летающая учебная лаборатория в которой студент любого вуза может выполнить задачу естественнонаучного практикума или при надлежащей подготовке курсовую и дипломную работу. На сегодняшний день защищено около 30 дипломных работ в Московском, Ульяновском, Костромском и Волгоградском университетах по результатам полёта «Университетского-Татьяны»

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В.ЛОМОНОСОВА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ Д.В.СКОБЕЛЬЦЫНА КОСМИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ Первое издание Москва 2005

2-е издание 2-е издание «Космического практикума» рекомендовано в качестве рекомендовано в качестве учебного пособия для студентов ВУЗов, учебного пособия для студентов ВУЗов, обучающихся по специальности обучающихся по специальности «Физика» и передано в большинство и передано в большинство классических университетов России классических университетов России

Общая часть Магнитосфера и радиационные пояса Земли Научная аппаратура ИСЗ «Университетский-Татьяна» Космофизические данные в Интернете

Наблюдение радиационных поясов Земли Динамика потоков частиц во время магнитных бурь Солнечные космические лучи Солнечный ветер в гелиосфере Внутренний радиационный пояс и потоки захваченных частиц в области Южно-Атлантической аномалии Полярные сияния и свечение ночной атмосферы Земли Вариации плотности атмосферы на орбите ИСЗ и разбухание атмосферы во время периодов солнечной активности Задачи практикума

Прикладной космический практикум Носители, запуски, орбиты Носители, запуски, орбиты Проекции орбит ИСЗ на карту Земли Проекции орбит ИСЗ на карту Земли Радиационные условия на различных орбитах Радиационные условия на различных орбитах Движение ИСЗ в верхней атмосфере Движение ИСЗ в верхней атмосфере Использование служебной телеметрии в образовательных целях Использование служебной телеметрии в образовательных целях

Ежегодные школы-семинары «Космос и образование» для студентов и преподавателей России и СНГ Ульяновск , 2005, 2006, 2007

5-я школа «Космос и образование» Ульяновск, октября 2008г. Тема: Участие студентов и преподавателей в перспективных космических проектах

UNIVERSAT-2009 University Satellites in Space Education International Conference May 25-31, 2009 Moscow State University, Moscow, Russia cosmos.msu.ru/universat2009

Надеемся на дальнейшее сотрудничество !