Опыт решения проблем ЭМС в приборных комплексах космических аппаратов

В 2018 году с космодрома в Куру к Меркурию стартовала экспедиция «Бепи Коломбо», организованная европейским ESA и японским JAXA. Запущены два исследовательских КА, европейский МРО и японский ММО, в связке с транспортным модулем МТО для обеспечения маневров при приближении к Меркурию. Полет проходит с баллистическими маневрами в поле тяжести планет. Своей цели экспедиция достигнет в 2025 году, но некоторые приборы работают уже на перелете.
В составе научных комплексов КА имеются спектрометрические приборы, разработанные с российским участием. На японском КА ММО используется сканирующая камера MSASI, которая должна исследовать загадку появления в экзосфере Меркурия облаков натрия. Изображения планеты будут получать в одной только спектральной линии натрия. Строчную развертку изображения обеспечивает закрутка самого КА, а кадровую должен выполнять сканирующий узел, функционирование которого синхронизировано с вращением аппарата. Разработка этого узла неожиданно стала для японской команды серьезной проблемой, никто не брался за эту работу. Работа над прибором уже находилась в активной фазе, когда разработку этого узла предложили выполнить российским специалистам.
Технические требования к предложенной работе никаких серьезных трудностей не вызывали и мы согласились, а о причинах, по которой никто не брался за эту работу, нам никто не сообщил. Мы узнали об этом только, когда приехали в Японию для согласования технических деталей уже выполненной нами проработки сканирующего узла. Оказалось, что на борту КА в полуметре от прибора размещается магнитометр, постоянно работающий основной прибор японского научного комплекса. В связи с этим в комплексе не должно быть никаких приборов, которые могут искажать его измерения. Для оптико-механической развертки с двигателем это невыполнимая задача.
По возвращении в Москву, была сделана попытка проработать вариант экранирования двигателя. Однако, заданные на сканирующий узел технические требования не позволяли реализовать такое решение. Возможность разработки была не очевидна. Тогда мы обратились за помощью к своим многолетним партнёрам из Беларуси. Грабчиков С.С. предложил применить многослойный экран с чередующимися магнитными и проводящими слоями. Однако, для оценки осуществимости и выбора параметров требовалось провести экспериментальные исследования. Контроль экранирования выполнялся нами в Японии и после двух лет поиска были получены убедительные результаты. Были подобраны материалы, экспериментально выбраны оптимальная толщина и число слоев в экране.
На европейском КА МРО используется ультрафиолетовый спектрометр PHEBUS. Для наведения на объект и удержания в процессе измерений он снабжен узлом позиционирования с контролем положения на элементах Холла. Летный образец спектрометра успешно прошел все требуемые испытания и был введен в комплекс научной аппаратуры КА МРО. Однако, в процессе испытаний в составе комплекса выяснилось, что функционирование привода узла позиционирования вызывает помехи для немецкого магнитометра МЕРМАГ. К сожалению, в техническом задании никаких требований в этой части не было, а внесение изменений в конструкцию прибора на данном этапе работ было уже невозможно. Понимая невозможность изменений в конструкции самого прибора, ведущий по магнитометру рекомендовал попытаться компенсировать действие возмущающего поля противоположным. Это предложение вызывало большие сомнения в его эффективности для подвижной части прибора.
Чтобы оценить ситуацию, ведущий по спектрометру PHEBUS Жан-Люк Мариа привез нашу технологическую модель поворотного узла в Технический университет Брауншвейга (Германия) . Мы тоже туда приехали и провели на нем экспериментальную оценку действующих в процессе работы магнитных полей. По полученным результатам измерений были изготовлены компенсирующие магниты с требуемыми характеристиками и закреплены на специальном фланце нашего поворотного устройства. Выполненное изменение конструкции было принято руководством ESA.
УФ спектрометр PHEBUS был первым прибором, который начал функционировать сразу после запуска. Он выполняет спектральные измерения при пролетных наблюдениях планет и калибровку по звездам.
В 2025 году транспортный модуль МТО развезёт оба КА по своим орбитам и начнется основная фаза исследования Меркурия и его экзосферы.
Полученный опыт решения проблем ЭМС может пригодиться при проектировании приборных комплексов космических аппаратов различного назначения.