Создание аппаратно-программного комплекса для проверки работоспособности оптических датчиков космических систем диагностики верхних слоев атмосферы

В рамках научно-технической программы Союзного государства «Разработка базовых элементов, технологий создания и применения орбитальных и наземных средств многофункциональной космической системы» («Космос–НТ») НИИПФП им. А.Н. Севченко БГУ совместно с ИЗМИРАН разрабатывается научная аппаратура для космического эксперимента «Диагностика», ориентированного на спутниковый мониторинг околоземной среды и эффектов природных и техногенных воздействий. Научная аппаратура включает в себя оптикорадиофизический комплекс, состоящий из двух радиочастотных анализаторов и модуля оптического с системой пространственного сканирования. Данный комплекс будет размещен вне герметичного отсека Международной космической станции (МКС) и будет выполнять исследования по вопросам
– измерения оптических и плазменных параметров атмосферы и ионосферы в высотном диапазоне до 90–400 км, мониторинг их регулярной и неоднородно-волновой структуры (в зависимости от характера и интенсивности различных источников воздействия);
– исследование физических явлений в околоземном космическом пространстве, обусловленных естественными (природными) источниками возмущений и техногенными воздействиями, с акцентом на исследование модификаций атмосферы и ионосферы, вызываемых мощными наземными нагревными стендами;
– отработки технических средств и методов мониторинга околоземного космического пространства, в том числе эффектов глобальных и региональных возмущений параметров атмосферы и ионосферы Земли вследствие природных и техногенных катастроф;
– повышения достоверности прогнозирования природных и чрезвычайных техногенных событий путём интеграции данных космического и наземного сегментов.
Оптический модуль состоит из блока оптических датчиков и системы пространственного сканирования. Блок оптических датчиков включает в себя датчик вертикальных распределений, предназначенный для регистрации пространственно-временных распределений эмиссий атомарного кислорода на длинах волн 557,7 нм (на высотах 110–130 км), 630,0 нм (на высотах 290–320 км), азота на длине волны 427,8 нм; датчик гидроксильных свечений для регистрации спектрально-временного и пространственного распределения ночных свечений гидроксильных эмиссий и эмиссий, связанных с высотными электрическими разрядами в диапазоне длин волн 350–1040 нм на высотах от 90 до 300 км; и датчик регистрации изображений эмиссий, связанных с высотными электрическими разрядами, с помощью матричного приемника излучения. Блок оптических датчиков оптического модуля закреплен на системе пространственного сканирования, состоящей из двух шаговых двигателей, осуществляющих перемещение блока оптических датчиков в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Это обеспечивает наведение полей зрения приемников оптического излучения на исследуемые светящиеся области ионосферы и удержание их в поле зрения прибора.
Для тестирования и проверки работы всех систем разработан аппаратно-программный комплекс, осуществляющий имитацию космического эксперимента «Диагностика» в лабораторных условиях. Данный имитатор реализован на базе метрологического комплекса «Камелия-М», находящемся в отделе аэрокосмических исследований НИИПФП им. А.Н. Севченко БГУ, путем добавления в оптическую схему комплекса программ-имитаторов подсветки «Земля-Луна» и гидроксильных свечений, отображающих на проекционном экране видеоизображение, которое будет попадать в поле зрения прибора в реальном эксперименте. Также в состав имитатора входит поворотная платформа, имитирующая движение МКС по орбите Земли мимо наблюдаемого объекта. Данный имитатор позволяет производить проверку следующих параметров аппаратуры:
- автоматическое включение регистрации данных при переходе прибора на ночную сторону Земли и ее отключение при выходе на дневную сторону;
- сканирование ночного неба в вертикальной плоскости для поиска гидроксильных слоев;
- сканирование гидроксильных слоев в горизонтальной плоскости на предмет наличия контрастных светящихся областей;
- удержание в поле зрения прибора гидроксильных слоев и светящихся областей для компенсации движения станции в вертикальной и горизонтальной плоскости.
В данный момент аппаратно-программный комплекс космического эксперимента диагностика активно используется для тестирования и отладки аппаратуры оптико-радиофизического комплекса.