Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание модулей контроля параметров потоков космических излучений на базе широкозонных полупроводниковых сенсоров для перспективных транспортных космических систем с длительным сроком функционирования

Номер контракта: 14.605.21.0001

Руководитель: Кулагин Владимир Петрович

Должность: заведующий лабораторией космических исследований в области технологий, систем и процессов

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
сенсор, космические излучения, широкозонный полупроводник, космический аппарат, транспортная космическая система, срок активного функционирования

Цель проекта:
1. Целью реализуемого проекта является разработка и экспериментальная проверка методов и способов построения модулей контроля параметров потоков космических излучений (ПКИ) нового поколения на базе широкозонных полупроводниковых сенсоров для перспективных транспортных космических систем с длительным сроком функционирования. 2. Проект направлен на создание современных технических средств непрерывного мониторинга условий функционирования космических аппаратов на основе алмазных детекторов и разработку методов контроля параметров потоков космических излучений на базе широкозонных полупроводниковых сенсоров.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основные планируемые результаты проекта:
Аналитический обзор научно-технической и патентной информации последних достижений в области мониторинга космического излучения (КИ).
Концептуальная модель модуля контроля параметров КИ на основе алмазных детекторов.
Математическая модель модуля контроля параметров КИ и узлов модуля.
Оптимизированные значения параметров узлов модуля контроля КИ: узла сенсоров на основе алмазных детекторов, узла усиления аналогового сигнала, узла предварительной цифровой обработки, узла восстановления параметров потоков КИ.
Разработка конструкторской документации, изготовление и испытания макета модуля контроля параметров КИ на основе алмазных детекторов.
Проведена верификация математической модели функционирования модуля контроля параметров КИ и его узлов.
Разработан проект ТЗ на ОКР по теме «Разработка аппаратуры контроля параметров потоков космических излучений для перспективных транспортных космических систем с длительным сроком функционирования».

2. Основные характеристики планируемых результатов:
Макет модуля контроля параметров ПКИ должен обеспечивать регистрацию космических излучений (электронов, протонов, тяжёлых заряженных частиц) с энергиями от 0,2 МэВ до 10 ГэВ.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В отчётном периоде получены оригинальные технические решения в виде математических моделей, как узлов модуля контроля параметров ПКИ, так и изделия в целом, что позволило провести имитационное моделирование работы модуля контроля параметров ПКИ в условиях воздействии потоков космического излучения, и провести оптимизацию узлов модуля. Новые подходы к реализации изделия отражены в разработанной конструкторской документации на узлы модуля контроля параметров потоков космических излучений.
Полученные результаты полностью соответствуют требованиям Технического задания и Плана-графика выполняемого проекта.
Полученные результаты проекта отражают системные и конструктивные особенности модуля контроля потоков космических излучений и составляющих его узлов, обеспечивающие показатели назначения изделия, близкие к предельно возможным значениям, соответствующим мировому уровню в данном классе приборов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты проекта обеспечат переход к производству универсальных модулей непрерывного мониторинга КИ для космических аппаратов со сроком службы до 20 лет.
Использование монитора КИ позволит применять активные меры радиационной защиты космических аппаратов, объективно оценивать их остаточный ресурс и минимизировать риски внезапного выхода из строя систем космических аппаратов. Таким образом, использование модулей непрерывного мониторинга КИ обеспечит повышение надёжности космических аппаратов.
Необходимость создания алмазных пластин электронного качества для алмазных детекторов ионизирующих излучений стимулирует развитие отечественных технологий выращивания высококачественных искусственных алмазов. Развитие импортозамещающих технологий выращивания алмазных пластин обеспечит отечественную микроэлектронику элементной базой, обладающей повышенной стойкостью к внешним воздействующим факторам, необходимой для разработки систем мониторинга космического пространства для космических аппаратов, систем контроля радиационной обстановки на предприятиях атомно-энергетического комплекса, работоспособных в условиях длительных сроков эксплуатации и повышенного радиационного фона.

Текущие результаты проекта:
По итогам выполнения отчетного периода работ по проекту получены следующие основные теоретические и экспериментальные результаты:
- математические модели узлов, входящих в состав модуля контроля параметров ПКИ: сенсоров ионизирующих излучений, построенных на базе широкозонных полупроводниковых материалов, узла усиления аналогового сигнала, узла предварительной цифровой обработки, узла восстановления параметров потоков космического излучения;
- концептуальная модель работы модуля контроля параметров потоков космических из-лучений;
- математическая модель модуля контроля ПКИ;
- имитационная модель потока космического излучения, регистрируемого модулем контроля параметров ПКИ.
- результаты имитационного моделирования работы модуля контроля параметров ПКИ;
- оптимизированные значения параметров (по минимизации погрешности восстановления параметров потоков космического излучения при имитационном моделировании работы модуля контроля параметров ПКИ): узла сенсоров ионизирующих излучений, узла усиления аналогового сигнала; узла предварительной цифровой обработки; узла восстановления параметров ПКИ;
- описание структурных схем узлов модуля контроля параметров ПКИ и принципов их работы;
- эскизная конструкторская документация на макеты узлов модуля контроля параметров ПКИ: узла сенсоров ионизирующих излучений, узла усиления аналогового сигнала; узла предварительной цифровой обработки; узла восстановления параметров ПКИ;
- состав и технические характеристики технологического оборудования для создания макетов узлов модуля;
- модернизированное технологическое оборудование для создания макетов узлов модуля контроля параметров ПКИ;
- предварительные расчеты показателей надежности работы модуля контроля параметров ПКИ.

Краткое описание и характеристики основных полученных результатов
За отчётный период разработаны математические модели узлов модуля контроля пара-метров ПКИ: узла сенсоров ионизирующих излучений, построенных на базе широкозонных полупроводниковых материалов; узла усиления аналогового сигнала; узла предварительной цифровой обработки; узла восстановления параметров потоков космического излучения. Разработанные модели отражают связь характеристик узлов с их внутренней структурой и параметрами.
Разработанная концептуальная модель модуля контроля параметров ПКИ отражает основные принципы и тенденции, определяющие инновационный характер проектной разработки в отношении перспективных видов приборов научной аппаратуры космических аппаратов, предназначенной для регистрации, мониторинга и изучения ионизирующего космического излучения. Математическая модель модуля контроля параметров ПКИ, разработанная на основе концептуальных положений, учитывает функциональное взаимодействие узлов модуля.
На основе существующих моделей космического излучения разработана имитационная модель потока космического излучения, регистрируемого модулем контроля параметров ПКИ. Значения параметров потоков космического излучения, рассчитанные в отчетном периоде для различных условий космического пространства, формируют тензор данных для имитационного моделирования работы модуля контроля параметров ПКИ. Имитационное моделирование работы модуля контроля параметров ПКИ было проведено при воздействии потоков космического излучения с различными параметрами.
По результатам имитационного моделирования работы модуля определены варианты и направления оптимизации значений параметров узла сенсоров ионизирующих излучений; узла усиления аналогового сигнала; узла предварительной цифровой обработки; узла восстановления параметров потоков космического излучения.
Предварительные расчёты показателей надёжности работы модуля контроля параметров ПКИ на уровне узлов выполнены в отношении расчётов интенсивности отказов и сбоев узлов модуля контроля параметров ПКИ, обусловленных радиационным воздействием космических излучений. На основе результатов расчетов сформулированы требования к минимальной радиационной стойкости компонентов узлов модуля контроля параметров ПКИ и к необходимой защите компонентов модуля контроля параметров ПКИ от радиационного воздействия космических излучений.
На базе детализированного описания структурных схем основных узлов модуля, построенного на базе алмазных детекторов, с учётом результатов имитационного моделирования и предварительных расчётов показателей надёжности работы модуля контроля параметров ПКИ разработана эскизная конструкторская документация на макеты узлов модуля контроля параметров ПКИ.