Схема орбитальной группировки системы ГЛОНАСС. Изображение: Роскосмос
24 марта с космодрома Плесецк успешно запущен очередной спутник ГЛОНАСС, на борту которого находится и прибор НИИЯФ МГУ – радиометр дозы.
Уже 8 лет как на спутниках навигационной группировки ГЛОНАСС радиометры дозы измеряют космическую радиацию. На текущий момент они установлены на большинстве спутников ГЛОНАСС (группировка ГЛОНАСС состоит из 24 спутников). Круговые орбиты спутников находятся на высоте приблизительно 20 тысяч километров c углом наклона плоскости орбиты к плоскости экватора 65 градусов. Они четыре раза в сутки пересекают сердцевину внешнего радиационного пояса Земли, где сканируют область максимальных радиационных потоков. Около половины времени спутник пребывает в областях пространства, куда свободно проникают в спокойных геомагнитных условиях солнечные космические лучи. Кроме фиксирования поглощенной дозы радиации приборы регистрируют потоки заряженных частиц как радиационных поясов Земли, так и выброшенные Солнцем во время солнечных вспышек.
Непрерывный мониторинг состояния космической среды в натурных условиях необходим, поскольку в существующих моделях радиации не удается спрогнозировать непредсказуемые изменения уровня космической радиации, экстремальные значения которого могут оказать негативное воздействие на бортовые системы космических аппаратов. Длительные измерения одновременно на нескольких спутниках ГЛОНАСС в разных точках пространства позволяют сформировать базу данных для усовершенствования моделей радиации для этой орбиты. На основе измерений радиометра дозы выполнен анализ радиационной обстановки на орбите спутников ГЛОНАСС за период 2007-2013 годы.
«Удалось составить довольно полную цепочку измерений, включая аномальный минимум солнечной активности - конец 23 цикла солнечной активности. В целом амплитуда вариаций потоков электронов хорошо соответствует вариациям дозы радиации. Привлекают внимание значительные перепады среднесуточной дозы радиации и потоков релятивистских электронов, особенно в 2012 году, когда они составляют 1.5-2 порядка величины. Также наблюдается сезонная вариация, причём особо видны зимние провалы. Сравнение с моделью внешнего электронного пояса Земли АЕ-8 показывает, что общий измеренный уровень радиации на орбите ГЛОНАСС лежит вблизи модельных оценок. Лишь в 2012 году измеренная среднегодовая доза превысила уровень модели, причём не более чем в два раза. Однако в самой глубокой точке уникального минимума солнечной активности – в 2009 году и в первом квартале 2010 года - радиационная доза оказалась кардинально, более чем в 10 раз, меньшей по сравнению с моделью. Эти результаты приводят к заключению, что модель радиации должна корректироваться в зависимости от временного хода солнечной активности», - заявил ведущий научный сотрудник отдела теоретической и прикладной космофизики (ОТПКФ) НИИЯФ МГУ, кандидат физико-математических наук Владимир Тулупов.
Далее он рассказал, как устроен прибор. Радиометр дозы имеет объём не более полутора литров и вес менее 1 килограмма. Он состоит из двух частей - дозиметра на базе малогабаритной ионизационной камеры, разработанной и изготовленной в лаборатории прикладной космофизики ОТПКФ НИИЯФ МГУ под руководством М.В.Тельцова, и двух газоразрядных счётчиков Гейгера-Мюллера промышленного производства с необходимой электроникой. Дозиметр измеряет поглощённую дозу радиации, создаваемую различными видами ионизирующих излучений (в основном, заряженными частицами), проникающими в него, а счётчики, независимо от дозиметра, регистрируют величины потоков таких частиц.
Газоразрядные счётчики имеют различные эффективные площади для регистрации излучения. Это сделано для того, чтобы при больших потоках частиц, когда больший счётчик приходит в состояние насыщения, второй выдавал разумные значения потока.
Ионизационная камера представляет собой герметичный контейнер, заполненный газовой смесью. Под действием ионизирующих излучений в камере накапливается электрический заряд, пропорциональный поглощенной энергии, и при накоплении некоторой величины поглощённой дозы - «цены срабатывания» - на выходе камеры вырабатывается импульс срабатывания, а камера возвращается в исходное состояние. Поглощенная доза за некоторый промежуток времени равна произведению числа зарегистрированных импульсов на значение «цены срабатывания».
Импульсы срабатывания дозиметра и газоразрядных счётчиков накапливаются в приборе, формируя телеметрический кадр, который выдается на борт спутника ГЛОНАСС раз в 2 минуты. Прибор имеет дополнительный (накопительный) канал, по которому раз в 30 минут выводится интегральное значение поглощённой дозы. По телеметрическим каналам спутника информация передается на Землю для анализа.