Проект ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»
Научно-исследовательская лаборатория космических исследований МИЭМ НИУ ВШЭ с 2014 года выполняет проект по теме «Создание модулей контроля параметров потоков космических излучений на базе широкозонных полупроводниковых сенсоров для перспективных транспортных космических систем с длительным сроком функционирования».
Прикладные научные исследования связаны с разработкой новых видов научного оборудования космических аппаратов для регистрации ионизирующих излучений космического пространства и выполняются в тесном сотрудничестве с Производственно-технологическим центром «УралАлмазИнвест», который в течение ряда лет занимается созданием новых типов приборов на алмазных и полупроводниковых материалах. Индустриальный партнер проекта – ООО «НПП «Микроприбор».
В рамках проекта предусмотрена разработка модуля контроля параметров потоков космических излучений, который должен обеспечивать регистрацию электронного, протонного излучения и регистрацию тяжелых заряженных частиц в диапазоне энергий от 0,2МэВ до 10ГэВ. Направленность проекта отражает приоритеты использования научных приборов космического назначения, созданных на основе алмазных детекторов, как наиболее перспективных для контроля ионизирующих излучений.
К настоящему времени выполнены три этапа работ. Сведения о результатах первого этапа работ по проекту размещены на странице МИЭМ НИУ ВШЭ.
В ходе выполнения проекта на этапе № 2 в период с 01.01.2015 по 30.06.2015 были выполнены следующие работы:
1. Разработаны математические модели узлов, входящих в состав модуля контроля параметров ПКИ, отражающие связь характеристик узлов с их внутренней структурой и параметрами, а именно:
- сенсоров ионизирующих излучений, построенных на базе широкозонных полупроводниковых материалов,
- узла усиления аналогового сигнала,- узла предварительной цифровой обработки,
- узла восстановления параметров потоков космического излучения;
2. Разработана математическая модель модуля контроля ПКИ, учитывающая функциональное взаимодействие узлов модуля;
3. Разработана имитационная модель потока космического излучения, регистрируемого модулем контроля параметров ПКИ, на основе существующих моделей космического излучения. Значения параметров потоков космического излучения, рассчитанные для различных условий космического пространства, формируют тензор входных данных для имитационного моделирования работы модуля контроля параметров ПКИ;
4. Проведено имитационное моделирование работы модуля контроля параметров ПКИ;
5. Выполнена оптимизация значений параметров сенсоров ионизирующих излучений, узла усиления аналогового сигнала, узла предварительной цифровой обработки, узла восстановления параметров ПКИ;
6. Разработана эскизная конструкторская документация на макеты узлов модуля контроля параметров ПКИ: сенсоров ионизирующих излучений, узла усиления аналогового сигнала, узла предварительной цифровой обработки, узла восстановления параметров потоков космического излучения. Эскизная конструкторская документация представлена в виде отдельного комплекта отчетных материалов второго этапа работ;
7. Проведены предварительные расчеты показателей надежности работы модуля контроля параметров ПКИ. Расчёты 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.
По итогам выполнения 2-го этапа 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 излучений;
- 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.
На 2-ом этапе работ 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.
В ходе выполнения проекта на этапе № 3 в период с 01.07.2015 по 31.12.2015 были выполнены следующие работы:За счет средств субсидии:
1) Изготовлены макеты узлов модуля контроля параметров ПКИ:
- узла сенсоров ионизирующих излучений;
- узла усиления аналогового сигнала;
- узла предварительной цифровой обработки;
- узла восстановления параметров потоков космического излучения.
2) Разработана программа и методика исследовательских испытаний макетов: узла сенсоров ионизирующих излучений, узла усиления аналогового сигнала, узла предварительной цифровой обработки, узла восстановления параметров ПКИ.
3) Проведены исследовательские испытания макетов: узла сенсоров ионизирующих излучений, узла усиления аналогового сигнала, узла предварительной цифровой обработки, узла восстановления параметров потоков космического излучения.
4) Разработана эскизная конструкторская документация на макет модуля контроля параметров ПКИ.
5) Изготовлен макет модуля контроля параметров ПКИ для перспективных транспортных космических систем.
6) Разработана программа и методика исследовательских испытаний макета модуля контроля параметров ПКИ.
За счет внебюджетных средств:
7) Определен состав измерительного оборудования для определения характеристик модуля контроля параметров ПКИ и его узлов.
8) Проведена поверка измерительного оборудования, используемого в исследовательских испытаниях модуля контроля параметров ПКИ и его узлов.
По итогам выполнения 3-го этапа работ по проекту получены следующие основные теоретические и экспериментальные результаты:
1) Макеты узлов модуля контроля параметров ПКИ:
- узла сенсоров ионизирующих излучений;
- узла усиления аналогового сигнала;
- узла предварительной цифровой обработки;
- узла восстановления параметров потоков космического излучения.
2) Программа и методика исследовательских испытаний макетов: узла сенсоров ионизирующих излучений, узла усиления аналогового сигнала, узла предварительной цифровой обработки, узла восстановления параметров ПКИ.
3) Результаты исследовательских испытаний макетов: узла сенсоров ионизирующих излучений, узла усиления аналогового сигнала, узла предварительной цифровой обработки, узла восстановления параметров потоков космического излучения.
4) Эскизная конструкторская документация на макет модуля контроля параметров ПКИ.
5) Макет модуля контроля параметров ПКИ для перспективных транспортных космических систем.
6) Программа и методики исследовательских испытаний макета модуля контроля параметров ПКИ.
7) Состав измерительного оборудования для определения характеристик модуля контроля параметров ПКИ и его узлов.
8) Результаты поверки измерительного оборудования, используемого в исследовательских испытаниях модуля контроля параметров ПКИ и его узлов.
В отчётном периоде на 3-м этапе работ подготовлены три статьи в научно-технические журналы и две заявки на охраноспособное техническое решение в качестве полезной модели (РИД):
1. Подана заявка на полезную модель «Блок детектирования ионизирующих излучений на основе алмазного детектора» (регистрационный номер №2015154039). Полезная модель относится к полупроводниковым блокам детектирования ионизирующих излучений, в частности к блокам детектирования заряженных частиц космического излучения, и может использоваться в приборах регистрации ионизирующего излучения, работающих в жестких условиях радиационного фона и повышенных температур.
2. Подана заявка на полезную модель «Алмазный детектор ионизирующих излучений» (регистрационный номер №2015154038). Полезная модель относится к алмазным детекторам для измерения линейной передачи энергии (ЛПЭ) тяжелых заряженных частиц космического излучения. Основной областью применения алмазных детекторов для измерения ЛПЭ является космическая отрасль.
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.