Пусть родительская компонента имеет относительное содержание α и время жизни τ₀ ее концентрация

Если дочерняя молекула имеет время жизни τ, то простой расчет даст ее концентрацию

Более сложные соотношения такого типа можно получить для дальнейших продуктов распада.

Определение количеств излучающего вещества производится по его излучательным факторам, некоторые из них приведены в табл.7.

Таблица 7

Согласно теории рассеяния света аэрозольными частицами, спектр и поляризация рассеянного излучения при том или ином угле фазы связан с распределением частиц по размерам и со спектральной зависимостью показателя преломления и поглощения. Наземные наблюдения при различных углах фазы возможны только для разных положений кометы на орбите, когда характеристики кометы существенно неодинаковы. Наблюдения с пролетного аппарата устраняют эту трудность и дают возможность проведения измерений в широком интервале углов фазы. Совокупность спектральных и поляризационных измерений в составе прибора позволит определить основные характеристики аэрозольной компоненты в различных областях кометы.

Возможность наблюдения ядра кометы определяется количеством пыли в околоядерной области. Если ее оптическая толщина меньше единицы, то ядро должно вносить вклад в яркость околоядерной области. При шаге сканирующего устройства 8' (25 км) на pacстоянии пролета 10⁴ км этот вклад может быть обнаружен. Полученный спектр ядра вряд ли даст возможность отождествления его состав, но будет получена важная дополнительная информация в решении этой проблемы.

Таблица 8

Можно привести ряд доводов в пользу существования в составе кометных ядер льдов Н₂O, СO₂, СО, СН₂O, HCN , СН₃CN, N₂H₄, C₂, Н₂, С₄Н₂, СS₂, CH₄, NH₃ и т.д. И только молекулы СО были обнаружены спектроскопически. Поэтому обнаружение тех или иных родительских газов является важной и нерешенной проблемой. В обсуждаемом эксперименте предполагается ее решение с помощью спектра флуоресценции в ближней инфракрасной области, где воз­можно колебательное возбуждение первичных молекул. Наилучшие возможности открываются для воды, ожидаемое газовыделение кото­рой составляет 2·10²⁹ с^-1 . Расчета дают излучательный фактор полосы 1,38 мкм g = 10^-5 с^-1, ее интенсивность при r≌50 км оказы­вается равной 1 МR , что соответствует порогу чувствительности прибора при однократном измерении. При многократных измере­ниях можно рассчитывать на дальнейшее улучшение порога чувствительности на порядок величины, что не исключает обнаружение некоторых других родительских молекул.

Прибор состоит из телескопа со сканирующим устройством и трех спектральных каналов, (см.табл.8): ультрафиолетового (УФ), видимого (В) и инфракрасного (ИК). Конструкция инфракрасного канала предусматривает проведение поляризационных измерений (II) в двух длинах а также включает систему регистрации малых колебаний оптической оси прибора.

Сканирующее устройство обеспечивает последовательность измерений в кадре размером 2x1,5° (350x260 км² при r≌10⁴ км). В этом кадре имеются 7 строк и 15 позиций в каждой строке. Интервалы между строками 20', между позициями в строке - 8'. Время прове

Блок управления принимает и обрабатывает (через интерфейс) внешние команды и кодовые посылки, что дает возможность изменять режим работы прибора в соответствии с различными вариантами циклограммы.

Данные с информационных трактов в соответствии с программой записываются в памяти данных и хранятся в ней до передачи в TМ-систему. Микро-ЭВМ имеет оперативную память, которая являет­ся рабочей памятью микропроцессора и позволяет хранить промежуточ­ные результаты операций над данными.

Сигналы с выходов каналотронов (ВЭУ) поступают на зарядо-чувствительный усилитель (8·10^-14) ÷ 8·10^-11 КлNmax=10⁶ Гц), а затем - на дискриминатор. После дискриминатора нормализован­ные сигналы поступают на 16-разрядные счетчики. Данные со счетчиков подаются в микропроцессор, где число сосчитанных импульсов преобразуется в нормализованный вид (4 разряда - мантисса и 4 разряда - характеристика). Эти 8-разрядные числа записываются в память данных.

Регистрация токов ловушек осуществляется по следующей схеме. Сигналы с коллекторов ловушек поступают на входы предусилителей, которые в зависимости от величины измеряемого тока изменя­ют диапазон чувствительности. Затем усиленный сигнал подается на вход логарифмического преобразователя, позволяющего существен­но расширить динамический диапазон измеряемых токов. С выхода усилителя сигнал через эмиттерный повторитель подается на вход мультиплексора, а затем через аналого-цифровой преоб­разователь поступает на вход микропроцессора. Каждое значение измеренного тока хранится в памяти данных в виде одного 9-раз­рядного слова (включая знак тока).

В приборе предусмотрены три программы работы.

Первая программа рассчитана на три часа непрерывной работы. Этот режим начинается на расстоянии около 550 тыс.км от ядра за два часа до ближайшего к комете пролета аппарата.

В этот период работают все датчики одновременно. Период изме­рения одного спектра составляет 1 с - 120 точек для ионного на­порного спектрометра, 60 точек для солнечного ионного спектро­метра и 30 точек для электронного анализатора. Ловушки работают с информативностью 8 точек в секунду, общая информативность аппаратуры "ПЛАЗМАГ-1" составляет 1960 бит/с.

Вторая программа включается за двое суток до подлета к коме­те (13 млн.км). Работа аппаратуры во второй программе аналогич­на работе в первой программе за исключением скорости измерений: она у всех датчиков ниже примерно в 150 раз (общая информа­тивность аппаратуры "ПЛАЗМАГ-1" составляет 14112 бит/20 мин). Вся научная аппаратура работает в режиме ЗУ (запись на магнитофон).

Третья программа осуществляется через 15 суток после запус­ка КА и длятся непрерывно до второй программы (за исключением периодов коррекции аппарата и работы КА со спускаемым аппаратом - в эти периоды аппаратура "ПЛАЗМАГ-1" выключена). Во время работы аппаратуры в режиме третьей программы работают только два спект­рометра - ионный солнечный и электронный с общей информативностью 1512 бит/20 мин.

Работа организована таким образом, что каждые 20 мин аппаратура включается на ~4 мин. В этот период измеряют подряд два спектра (электронным и ионным спектрометрами одновременно). Время измерения каждого спектра ~5 с. Данные записываются в память данных, все высоковольтные источники выключаются. Данные хранятся в памяти данных 2-3 мин до опроса ТМ-системы, затем аппаратура выключается. Один раз в сутки (третья программа.) по внешнему сигналу вместо спектров ионов и электронов солнеч­ного ветра проводится калибровка всех датчиков. Ионные спектро­метры калибруются с помощью специально встроенных в прибор источ­ников стабильных потоков электронов. Усилители ловушек калиб­руются с помощью подключения на их входы источника постоянного тока. Во время калибровки в канал ТМ-информации замешиваются также технические данные аппаратуры, характеризующие электри­ческие режимы некоторых узлов электронной части аппаратуры.

Общий вид прибора "ПЛАЗМАГ-1" (показан на рис.53.

РИС.53.

В разработке и изготовлении аппаратуры принимали участие специалисты ВНР, СССР, ФРГ (Институт аэрономии им. М.Планка).

Основной задачей спектрометра "ТЮНДЕ-М" на аппарате "Венера-Галлей" является детектирование ионов, ускоренных в окрестности кометы Галлея, измерение их энергии и определение их флуктуаций в различных точках кометной среды.

Нейтральные молекулы, истекающие из ядра кометы, ионизируют­ся солнечным ультрафиолетом или при перезарядке ионами сол­нечного ветра.

Кометные ионы, образованные таким образом, могут быть ускоре­ны движущимся магнитным полем солнечного ветра. Теоретически предполагают, что кометные ионы могут быть ускорены магнитным полем солнечного ветра до скоростей, превышающих солнечный ве­тер на фактор два.

"ТЮНДЕ-М" может измерять флуктуации кометных ионов с энергиями от 30 до 640 кэВ, с разрешением по энергии 10 кэВ (от 20 до 160 кэВ), 20 кэВ (от 160 до 400 кэВ) и 40 кэВ (от 400 до 640 кэВ).

Для получения информации об угловом распределении ускоренных ионов используются две аналогичные системы детекторов (телеско­пов).

В среднем направление потоков быстрых ионов приблизительно перпендикулярно магнитному полю и вектор потока флуктуирует вблизи плоскости электрического поля. Поэтому одна из детек­торных систем расположена в направлении ожидаемого максимума прихода ускоренных частиц (т.е. в плоскости электрического поля, перпендикулярно магнитным силовым линиям), а другая - относительно первой под углом 35° также в плоскости электрического поля. При этом ориентация близка к обратному вектору скорости космического аппарата. "ТЮНДЕ-М" работает постоянно в течение 15 месяцев полета КА до встречи с кометой. Будут получены данные ионного фона в межпланетном пространстве в диапазоне 30 ÷ 650 кэВ. Этот фон может изменяться как функция солнечной активности, отдельные параметры показывают уровень солнечной активности, относящийся к измерениям ионной флуктуации, которая может быть измерена одновременно. С этой целью регистрируются частицы ионов с энергиями выше 3 МэВ и электроны в диапазоне энергий 0,5÷0,75 МэВ. Для других детекторов частиц на борту космического аппарата ("ПЛАЗМАГ", ИНГ) тоже гложет быть полезна постоянная регистрация быстрых высокоэнергичных частиц, приходящих от Солнца, и аппроксимация суммарной дозы радиации, получаемой во время всего полета. Регистрируются такке вспышечные события высокоэнергичных ионов и электронов на протяжении 15-ти месяцев между запуском КА (декабрь 1984г) и встречей с кометой (март 1986 г.).

Полученные данные будут способствовать изучению распространения вспышечных частиц в межпланетном пространстве вместе с динамическим взаимодействием ионов и межпланетного магнитного поля.

"ТЮНДЕ-М" (рис 54 ) состоит из телескопов (T1, T2), блока обработки аналоговых сигналов, блока обработки цифровой информации и источника напряжения.

Весь прибор, включая телескопы и электронику, оформлен конструктивно в виде моноблока.

РИС.54

Телескопы Т1 и Т2 имеют идентичную геометрическую конструк­цию. Каждый из них состоит из кремниевых детекторов А и В, сцинтилляционного детектора антисовпадений МСР (рис.55 ). В случае низкой энергии (20 - 640 кэВ) ионы регистрируются только детек­тором А. Чтобы различить электроны, протоны и более тяжелые час­тицы, проводится анализ потери энергии детекторами А и В. Чтобы предотвратить попадание электронов с энергией ниже 0,5 МэВ на систему детекторов, используется магнит.

РИС.55

Блок-схема узла аналоговой обработки сигналов показана на рис. 56.

РИС.56

Сигнал с детектора проходит тракт: зарядочувствительный предусилитель (ЗЧУ), усилитель-формирователь формы сигнала (ФХ), формирователь сигнала по длительности (Ф2).

Выходные сигналы последнего подаются на вход 6-разрядного быстродействующего цифро-аналогового преобразователя (АЦП), амплитудного дискриминатора, и блока управления. Выходы дискримина­торов подключена ко входам 8-канального 32-разрядного счетчика - по четыре входа, на каждый телескоп, а блок управления определяет режим работы телескопа (АВС; АBС; АBС).

В случае измерения энергии селектором данных принимается информация с АЦПI, а в режиме определения энергии и массы - информация с обоих АЦП. Селектор данных производит также сжатие информации с помощью ППЗУ, запрограммированного в соответствии с требуемыми энергетическими уровнями и разрешениями.

Цифровой частью прибора производится регистрация и анализ событий, передача данных в форме с плавающей запятой к телеметри­ческим системам КА. Здесь же реализуется связь с бортовыми системами КА (рис.57 ).

Функции управления и проверки, обработки данных измерения, а также прием сигналов управления из бортовых систем осуществляются с помощью микропроцессора. Информация с каждого телескопа регистрируется 64-канальным анализатором и 4-канальным счетчиком. Все каналы 32-разрядные.

РИС.57

Анализатор построен на базе ЗУ с байтной организацией. Каждый канал содержит 4 байта памяти. 6-разрядний код, получаемый из аналоговой части прибора, определяет канал, в котором данное событие должно регистрироваться. Для этого производится считыва­ние первого байта данного канала, прибавление единицы и запись в ЗУ по тому же адресу. Если при этом наблюдается переполнение, то подобная процедура повторяется для второго байта и т.д., при необходимости - вплоть до четвертого байта. Буферная память типа PIFO на 16 событий, включенная между выходом аналоговой части и входом анализатора, служит для снижения просчетов в тех случаях, когда из-за статистического разброса временных интервалов между приходом двух последовательных частиц при их большой интенсивности этот интервал будет меньше времени обработ­ки прибором одного импульса.

Данные, регистрируемые 8-канальным 32-разрядным счетчиком, служат прежде всего для проверки работы детекторов. В них, кроме того, заносится ограниченная физическая информация.

Как анализатор, так и счетчики работают автономно, т.е. регистрируют события независимо от работы микропроцессора. По истечении времени интегрирования микропроцессор останавливает анализатор и счетчики, считывает из них данные, устанавливает исходное положение и снова запускает цикл накопления. Мертвое время между двумя циклами одинаково во всех каналах и для всех режимов работы.

Кроме того, в круг задач микропроцессора входит:

- изменять разрешение спектров, а также время интегрирования, так как во время полета в зависимости от режима работы коли­чество передаваемой на телеметрии информации меняется;

- ежесуточно проводить проверку работы функциональных бло­ков прибора, результаты которой передаются на Землю (режим калибровки);

- по командам, полученным с Земли, производить требуемые изменения в программе работы прибора;

- с целью более эффективного использования телеметрических каналов проводить преобразование данных из 32-разрядных чисел с фиксированной запятой в форму с плавающей запятой (II бит + I бит четности);

- для передачи данных в телеметрию организовывать массивы с соответствующими идентификаторами и пересылать их через интерфейс телеметрии;

- технические данные, поступающие из аналоговых узлов прибора от датчиков температуры, напряжений питания и т.п., передаются наряду с научными данными по цифровым телеметрическим каналам.

Прибор связан с бортовыми системами посредством интерфейса, через который научные данные могут быть переданы на телеметри­ческие каналы 3072 бит/с и 64Кбит/с. Этот же интерфейс принимает команды и метки, поступающие с бортовых систем.

Для повышения надежности прибора как в анализаторах, так и в памяти микропроцессора осуществлено резервирование ЗУ с соответствующей мажоритарной логикой для коррекции ошибок. С этой же целью информация с отдельных телескопов регистрируется отдельными каналами, работающими автономно, независимо друг от друга. Поэтому частичный или полный отказ одной ветви (телескопа) не нарушает работы другой, способной давать научную информацию.

В приборе предусмотрены следующие режимы работы: "Трасса-I" (Тр-1), "Трасса-2" (Тр-2), НП, РЛ, "Калибровка".

Режим''Трасса-1" осуществляется на пятые сутки после запуска КА и длится в течение всего полета, за исключением отдельных корот­ких участков во время коррекции КА и работы КА вблизи Венеры. Режим "Трасса-1" заканчивается за двое суток до встречи с кометой. В этом режиме работают оба телескопа непрерывно. Информативность прибора составляет 540 бит/20 мин. Внутренний цикл измерения в приборе для разных диапазонов в режиме "Трасса-1" составляет 40, 20, 10 мин.

Режим "Трасса-2'' осуществляется после режима "Трасса-1" за двое суток до встречи с кометой и кончается за два часа до прохода аппаратом перицентра. Информативность 6480 бит/20 мин. Внутрен­ний цикл измерений в режиме ТР-2 для разных диапазонов энергий составляет 10 и 2,5 мин.

Режим РЛ. Режим непосредственной передачи по быстрой радио­линии. Этот режим начинает реализоваться за два часа до ближайшего расстояния между кометой и КА и продолжается в течение трех часов. Прибор работает непрерывно с информатив­ностью 512 бит/с. Время измерения во всех диапазонах энергий составляет 4 с. Каждые четыре секунды измерения прерываются на время их считывания, что составляет 50 мс. Считывание блока информации в ТМ организовано каждые 2 с по 1024 бита.

Режим НП. Этот режим (непосредственная передача по медлен­ной радиолинии) осуществляется во время связи КА с Землей по линии 3072 Гц. Информативность прибора при этом составляет 6480 бит/118,5 с.

Режим "Калибровки". Этот режим включается каждые сутки. В приборе включается калибровочное устройство. Калибровка проводится одновременно с измерениями. Поскольку частота калибровоч­ного сигнала намного больше ожидаемой частоты прихода частиц и существует диапазон энергий, где прихода частиц не ожидается, то калибровку можно считать достоверной.

Прибор включается в режим калибровки в начале режимов TP-1 или ТР-2 (на первые 20 мин).

Общий вид прибора "ТЮНДЭ" представлен на рис.58.

РИС. 58.

В разработке прибора принимали участие специалисты ВНР, СССР, ФРГ (Институт аэрономии им.М.Планка).

Целью эксперимента с помощью АПВ-В является изучение плазмы, естественных неустойчивостей плазмы и волн в окрестности кометы Галлея.

В эксперименте ставятся следующие научные задачи:

- определение плотности солнечного ветра до и после подлета к комете для изучения последующих процессов взаимодействия солнечного ветра и кометы;

- изучение изменения распределения массы солнечного ветра под воздействием ионов кометной плазмы как с помощью прямой регистрации, так и посредством наблюдения возникающих волновых неустойчивостей;

- получение профилей плотности и температуры плазмы и спектров электрической компоненты волн при подлете к комете;

- исследование особенностей бесстолкновительной ударной волны и контактной поверхности.

Кометы обладают способностью к свободному от гравитации расширению нейтрального газа в межпланетную среду. Однократно ионизованный газ взаимодействует с солнечным ветром, и это взаи­модействие должно приводить к крупномасштабным нестабильностям. Плотность во внешней короне кометы может бать такой низкой, что ее будет невозможно измерить непосредственно. В то же время электростатическая турбулентность, как показывают теоретические оценки и аналогия с наблюдениями, выполненными на значительных расстояниях перед фронтом околоземной ударной волны, может быть измерена на расстояниях до 107 км от ядра кометы. Это означает, что из комплекса приборов, предназначенных для прямых эксперимен­тов, волновой прибор, по-видимому, обеспечит наиболее раннее оповещение о приближении кометы.

Волновой эксперимент позволит отличить различные механизмы ионизации в нейтральном газе кометы (фотоионизацию, обмен зарядом и явление критической альфвеновской ионизации). Результаты пред­варительных расчетов распределения электронной плотности для двух моделей ионизации нейтрального состава приведены на рис. 59 . Видно, что электронная плотность начинает заметно возрастать на расстояниях порядка 10⁵ ÷ 10⁶ км от ядра в головной части ко­меты.

РИС.59

Можно предположить также, что существует искажение межпланетно­го магнитного поля вблизи кометы, которое по некоторым оценкам приводит к возрастанию величины напряженности магнитного поля примерно на порядок. В дальнейшем будем предполагать, что магнит­ное поле возрастает в области головной ударной волны от невозмущенных значений 3 - 5 γ до значений порядка 40 - 50 γ на расстояниях менее 10⁶ км.

Указанное изменение параметров плазмы позволяет оценить харак­терные частоты волновых процессов околокометной плазмы. Неустойчивостями, которые приводят к генерации таких процессов, могут быть двухпотоковая неустойчивость, связанная с относительным движением солнечного ветра и кометы, или ионно-звуковая неустой­чивость.

В неподвижной системе координат первый вид неустойчивости приводит к генерации волн вблизи плазменной частоты электронов f_ре , или верхней гибридной частоты.

Так как в нашем случае f_ре порядка 120-1200 Гц, то верхняя гибридная частота практически совпадает с плазменной частотой электронов.

Второй тип неустойчивостей эффективен вблизи плазменной частоты протонов f_рi . Характерные длины волн этих неустойчивостей порядка дебаевского радиуса Д. В табл. 10 приведены рассчитан­ные значения указанных величин fре , Д и fрi (для протонов, для других ионов эта величина будет в √¯ m_i раз мень­ше, где m_i - отношение масс иона и протона).

Таблица 10

Заметим, что в движущейся со скоростью u системе координат характерные частоты этих процессов могут быть сдвинуты на вели­чину для скорости движения солнечного ветра \/₀ = 400 км/с и относительной скорости движения кометы и аппарата 78 км/с u~ 400 ÷ 500 км/с и Δf = ± 6÷60 кГц.

Последнее время оживленно обсуждается возможность ионно-циклотронной неустойчивости. Спектр этой неустойчивости простирается от гирочастоты ионов до частоты нижнего гибридного резо­нанса . Оцененное значение f_Bi для протонов 0,05 ÷ 0,5 Гц, тогда как f_н ~ 3 ÷ 30 Гц. Эти частоты для более тяжелых ионных компонент уменьшаются в раз. Характерные длины волн данного типа неустойчивостей сравнимы с ларморовским радиусом ионов. Так как тепловая ско­рость ионов V_Ti порядка 10 ÷ 20 км/с и в данном случае гораздо меньше u , то доплеровский сдвиг Δf - характерных частот f_Bi и данный тип неустойчивости, если он существует, мажет послужить основой для диагностики возмущения межпланетного магнитного поля вблизи кометы. Таким образом, спектральный анализ волновой турбулентности при подлете к комете дает возможность определить возмущение электронной плотности (по вы­сокочастотной ветви) и возмущение магнитного поля (по низкочастот­ной ветви), а сопоставление результатов волновых измерений с прямыми измерениями возмущенности магнитного поля (выполняемыми с помощью прибора МИША) дает возможность оценить тип неустойчи­вости, ответственной за волновые процессы.

До сих пор не учитывалось взаимодействие зондов с околозем­ной плазмой. Поскольку космический аппарат движется относительно околокометной плазмы с высокой относительной скоростью (78 км/с ), то удары нейтральных и заряженных частиц о поверх­ность зонда и космического аппарата весьма существенны. Энергии этих частиц достаточно, чтобы испарить и даже ионизовать зна­чительную часть материалов покрытия зондов и КА. Каждый такой удар частицы сопровождается электромагнитным всплеском, а общее количество ударов создает электромагнитный шумовой фон, на котором производятся измерения. Результаты оценки этого уровня шумов приведены на рис. 60 . Эти измерения дают возможность оце­нить концентрацию нейтральной компоненты плазмы и в то же время определить реальную чувствительность прибора. Сравним теперь аппаратурную чувствительность прибора на КА "Венера-Галлей" с чувствительностью приборов, которые были установлены на других КА. На рис. 61 приведены уровни шума, различных антенн и динами­ческий диапазон измерений на космических аппаратах, а также пред­полагаемые уровни шумов в окрестности планет солнечной системы.

РИС.60.

РИС.61.

Как видно из этого рисунка и анализа рис. 60 , чувствительность приемной аппаратуры в эксперименте АПВ-В является вполне прием­лемой для обнаружения околокометных излучений.

Описание аппаратуры

иатчики

В состав прибора АПВ-В входят два датчика электрического поля, два датчика плазмы и температуры и блок электроники.

Электрическое поле измеряется с помощью дипольной антенны с базой II м. Эта антенна образуется двумя сферическими датчиками диаметром 10 см из стеклоуглерода, расположенными на концах штанг, установленных на солнечных панелях . Датчики изображены на рис. 62,

РИС. 62.

- 161 -

. „-Я

РИС.63.

Механизм раскрытия включает пружину, редуктор и иентрифугалъ-ный тормоз, который обеспечивает плавность раскрытия. Штанга осво­бождается от крепления с помощью пирорезака, который управля­ется с помощью команд. В механизме раскрытия смонтирован датчик, ! который имеет выход на ТМ и который подтверждает раскрытие штан­ги.

Зонды Ленгмюра смонтированы примерно на середине штанги. По-

2

верхность зондов пилиндрическая и составляет 4,4 см . Зонды ориен­тированы таким образом, что их ось симметрии параллельна скорости набегающего потока; конические элементы, укрепленные на верши­нах, защищают зонды от прямого удара со стороны молекул кометного газа или пылевых частиц (рис. 64 ).

Описание блок-схемы эксперимента

Блок-схема эксперимента приведена на рис.65 . Датчики плазмы (датчик плотности и датчик температуры) подключены к электрометру,

который преобразует слабые входные токи в напряжение. Оплетки экра,-нов каждого кабеля, соединяющего датчики с блоком электроники,

находятся под тем же потенциалом, что и соответствующий датчик.

- 162-

РИС. 64.

РИС. 65.

-163-Это позволяет уменьшить аппаратурную емкость измерения. Датчик плотности подключен к источнику постоянного напряжения, а потен­циал, подаваемый на датчик температуры, изменяется по синусоидаль­ному закону с периодом 32 с и с амплитудой от 0 до 6 В. Предусили-тели датчиков плазмы связаны с логарифмическими усилителями, которые используются для расширения динамического диапазона изме­рений. Форма флуктуации тока, полученная зондом плотности, анали­зируется и передается в диапазоне частот до 4 Гц,

Сигналы, зарегистрированные каждым элементом дипольной антен­ны, поступают на дифференциальный усилитель. Выходной сигнал этого усилителя анализируется системой, состоящей из шести фильтров. Внутренний коммутатор переключает полосы пропускания этих фильтров. Эта система (фильтры и коммутатор) эквивалентна набору 16 фильтров, но позволяет уменьшить число радиокомпонент и потребляемую мощность. Постоянный сигнал и его медленные флук­туации в диапазоне частот 0 * 8 Гц передаются непосредственно для определения волновых форм. Измерения разности потенциалов менду датчиками электрического поля и корпусом космического аппарата V2 ~v6 позволяют проверить работу предусилителей и определить потенциал КА по отношению к окружающей среде.

Импеданс сфер может изменяться с помощью телекоманд путем подачи токов 25 или 50 нА. Различные виды калибровки будут ис­пользоваться в полете для контроля отдельных узлов анализатора.

Преобразованные электрические сигналы поступают либо на согла­сующие устройства для связи с аналоговой телеметрией, либо на бортовой микрокомпьютер. В компьютере сигналы оцифровываются, формируются в телеметрические блоки и хранятся во внутренней памя­ти до момента опроса ТМ. Часть памяти микрокомпьютера исполь­зуется для дешифровки, восстановления и хранения телекоманд.

-164-Режимы работы прибора

При додаче питания на прибор он начинает работать в основном режиме и остается в этом режиме до прихода телекоманды, изменяю­щей режим. В начале основного режима проводится автоматическая калибровка всего прибора, которая длится в течение ~ 4,5 мин. Существует возможность вносить следуижие изменения в работу при­бора по телекомандам:

- выбирать входной сигнал, подаваемый на анализатор волн,

- изменять ток поляризации электрических датчиков,

- изменять величину постоянного смещения, подаваемого на датчик температуры (ДТ),

- изменять режим сканирования ДТ,

- изменять амплитуду сканирования ДТ,

- изменять режим поляризации датчика плотности,

- включать калибровку прибора.

Программа полета

Открытие штанг осуществляется по команде после раскрытия солнечных батарей.

В полете эксперимент контролируется через равные промежутки времени. Эти операции позволяют выбрать амплитуду и время свипа.

Эксперимент начинается за 48 ч. перед встречей с кометой, и автоматически устанавливается режим, предусмотренный сеансом встречи. Режим БТМ Ш реализуется в течение двух часов в проме­жутке -48 " * -24h ив течение ~2k * +1* .

Передача информации и наземная обработка

Передача информации осуществляется в нескольких режимах.

I. В режиме ЕРЛ передаются сформированные блоки информации из памяти бортовой ЭВМ со средней скоростью 480 бит/с. Этот ре­жим является наиболее информативным.

- 165-2. В режиме ЕТТЛ "Запоминание" передается информация накопле­ния в памяти бортовой ЭВМ за 20 мин измерений. Объем накоп­ленной информации I5I20 бит.

3. В режиме БТМ НП передается информация из памяти бортовой ЭВМ объемом I5I20 бит за каждые -v 2 мин.

4. В режиме передачи аналоговой информации используется 10 каналов, опрос которых осуществляется 2 раза в секунду. В этом случае передается информация без запоминания.

Вся наземная обработка разбита на три этапа: оперативная обра­ботка, экспресс-обработка и полная научная обработка.

На этапе оперативной обработки проводится анализ ограничен­ного количества технологических параметров в реальном масштабе времени и грубая оиенка научной информации. Это позволяет оце­нить работоспособность прибора в целом и проверить правильность прохождения телекоманд. На этом этапе обработка технологических

параметров осуществляется силами ВЦ ИКИ, а научных параметров -

я) самими экспериментаторами, с использованием КИА БЛИСИ.

На этапе экспресс-обработки, которая проводится в течение нескольких часов после окончания сеанса, производится вывод всех параметров в условных единицах. Этот этап позволяет детально оце­нить работоспособность прибора и выбрать данные для дальнейшей окончательной обработки.

Окончательная обработка проводится с использованием дополни­тельных данных о координатах КА, его ориентации и др. Эта обработ­ка проводится по согласованным программам как на ВЦ ИКИ, так и на БД СЛ/fc $ .

В разработке эксперимента принимали участие специалисты СССР, Франции >

Блок логики и сбора информации

-166-I.II. АНАЛИЗАТОР НИЗКОЧАСТОТНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ВОЛН (ЛПВ-Н) Научные задачи эксперимента АПВ-Н

Основными научными задачами эксперимента являются:

- изучение коллективных процессов в плазме, ответственных за формирование тоннах структурных образований в зоне обтекания атмос­феры комет солнечным ветром и диссипацию энергии солнечного ветра при его взаимодействии с атмосферой кометы;

- обнаружение явления аномальной ионизация атмосферы кометы замагниченным солнечным ветром и идентификация механизмов такой

ионизации;

- диагностика плазмы солнечного ветра и кометной ионосферы

путем измерения характерных волновых эмиссий, а также обнаруже­ние характерных границ в плазменной оболочке кометы.

Важность измерений плазменных волн в крайне низкочастотном диапазоне обусловлена прежде всего тем, что во взаимодействии солнечного ветра с кометной атмосферой основную роль играет коллективное взаимодействие между ионами солнечного ветра и ио­низованными атомами и молекулами кометной атмосферы, движущимися относительно друг друга со скоростями, много болышши теплових скоростей ионов. Как известно, в этом случае возбуэдается целый спектр плазменных волн с частотами от ионно-шклотронной часто­ты до ионной плазменной частоты, которые попадают как раз в диа­пазон прибора АПВ-Н.

Наиболее аффективно при таком взаимодействии возбуждается колебания в районе частот никнегибридного резонанса, представ­ляющие собой очень косые свистовые колебания, переходящие в области очень низких частот в магкитозвуковые колебания.Соглас­но современным теоретическим предетавлениям, бесстолкноштель-ный нагрев электронов в переменных электрических полях этих

- 167-колебании до температур порядка энергии ионизации кометных нейт­ралов может вызвать аномальную ионизацию кометной атмосферы на расстояниях порядка 10 км. Хотя из оптических наблюдсьшй кометных ионов уже получены некоторые данные о налички эффек­та аномальной ионизации, обнаружение этого явления и иденти­фикация его механизмов имеет важное значение не только для физики комет, но и для астрофизики в целом. Для типичных магнитных по­лей в зоне обтекания кометы 5 -^ Н -^ ^00 нТкчастота нижне-гибридного резонанса лежит в интервале 3,5 ?'f z ^0 Гц, а чувствительность прибора вполне достаточна для обнаружения электрических полей упомянутых колебаний с ожидаемой напряжен­ностью Е л- Ю~4 * I0~3 tyu.

Особый интерес представляет также измерение плазменных волн, возбуждаемых во фронте околокометной ударной волны. Это связа­но с тем, что доминирующее влияние эффекта нагружения солнеч­ного ветра кометными ионами на положение ударной волны должно сказаться и на ее структуре. В частности, ширина фронта, соглас­но численным экспериментам,долина, определяться ларморовским ра­диусом кометных ионов, который почти на два порядка больше лар-моровского радиуса протонов и протонной инерционной длины С/ oJpC' 3 этих условиях измерение соотношения между интен­сивностью ионно-звуковых еолн, возбу:здае;№х электронным током во фронте волны, и упомянутых выше магнитозвукових волн позволит выяснить их роль в формировании такой необычной околокометной ударной волны.

Наконеи, всплески интенсивности плазменных волн на характер­ных плазменных границах в зоне обтекания позволят найти положе­ние этих границ. Наличие структуры волновых излучений (например, появление ионнс-циклотронных гармоник) и нх характерные часто­ты позволят получить данные о параметрах плазмы к ее ионном составе.

168 —

Методика прозе!

Общая блок-схема прибо] Флуктуации напряженности методу двойного зонда Лен: тенциале (блоки БД1,

При помещении зонда в деляемый параметрами плг идентичны, а параметры ( пиалы зондов относителы тенциалов между ними раз го поля приводит к поя: лов, пропорциональной на] ность потенциалов долин; шм сопротивлением. Б ц усилитель, приведет к вы;

Для обеспечения эксп ность создания в объеме,Методика проведения эксперимента

Общая блок-схема прибора ДПВ-Н представлена на рис. 66 . Флуктуации напряженности электрического поля ?? измеряются по методу двойного зонда Ленгмгара, находящегося при плавающем по­тенциале (блоки БД1, EiK на рис. 67 ).

РИС.66.

При помещении зонда в плазму он приобретает потенциал, опре­деляемый параметрами плазмы и конфигурацией зонда. Если зонды идентичны, а параметры окружающей плазма однородны, то потен-шалы зондов относительно плазмы идентичны, т.е. разность по­тенциалов между ними равна нулю. Наличие в плазме электрическо­го поля приводит к появлению между зондами разности потенциа­лов, пропорциональной напряженности электрического поля. Раз­ность потенциалов должна измеряться усилителем с большим вход­ным сопротивлением. В противном случае ток, проходящий через усилитель, приведет к выравниванию потенциала мекду зондами.

Для обеспечения эксперимента необходимо исключить возмож­ность создания в объеме, где помещается двойной зонд, дополни-

-169-тельных полей от находящихся поблизости элементов конструкции. Это достигается выносом зондов и предусилителей на расстоя­ние ~ 5 м от КА при помощи специально сконструированной штан­ги. Штанга входит в состав КА и разработана с учетом методи­ческих особенностей эксперимента. С предусилителей сигнал поступает в блок электроники БАС (рис.67) на вход усилителя И-Е.

Флуктуации потока ионной компоненты плазмы Fj- измеряются по методу многоэлектродного зонда-цилиндра Фарадея (блок БДЗ на рис. 67 ).

С помощью сетчатого электрода, на который относительно коллек­тора подается отрицательный потенциал, производится отсекание электронной компоненты плазмы. Ток, создаваемый потоком попадаю­щих на коллектор ионов, измеряется усилителем ИУ-П. Длн подав­ления фототока с коллектора, возникающего под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца, используется антидинатрон-ный сетчатый электрод.

РИС. 67.

- 170-мащи изгиба. Сила, действующая на пьезоэлемент и пропорциональная вертикальной компоненте ускорения, вызывает появление электри­ческого сигнала. Установлено, что акустический детектор чувстви­телен к импульсу, переданному пластине при соударении. Сверхско­ростной удар пылинки сопровождается микровзрывом. Образуется кра­тер, из которого выбрасывается вещество в виде плотной высоко-ионизированной плазмы. Величина реактивного импульса, связанного с выбросом, может существенно превышать собственный импульс пы­линки Г~ IrtV . Опенки, полученные в результате численного моделирования соударения, показывают, что для скорости 80 км/с реактивный импульс может превышать начальный P=&nV на по­рядок величины. Точная оценка коэффициент увеличения К состав­ляет главную и серьезную трудность при калибровке такого типа детекторов.

Выходной сигнал пьезоэлектрического микрофона поступает на предуснлитель. Вследствие очень малой длительности процесса соу­дарения частотный спектр мощности сигнала простирается в об­ласть высоких ультразвуковых частот. Высокочастотная составляю­щая сигнала в области г* 160 кГц усиливается узкополосным усилителем и детектируется. Выходной динамический диапазон сигна-лов ^S-iO^ разделен па 16 выходных каналов с постоянным относительным изменением порога регистрации Atn/#i Я?2,82. Это позволяет в принципе провести измерения спектра, масс частиц Yl ( >/л)з 16 точках, равноудаленных е шкале %о$ М . Для по­вышения на,це>шости проведегак измерений в приборе установлены два датчика и две идентичных независимых схемы регистращеи. Тре­тий, центральный пьезоэлемеит введен для контроля за сохранением калибровки прибора в полете. На него регулярно подается калибро­ванный электрический импульс,который преобразуется датчиком в механический и имитирует соударение с частицей определенной массы.

- 176-Предварительные опенки на основе известных моделей пылевой 'оболочки кометы Галлея показывают, что скорость счета маленьких пылинок монет быть очень высокой. При соударении с частицей на. пьезоэлектрический элемент, кроме прямой волны деформации, дей­ствуют волны, отраженные от границ пластины. Зтот эффект зна,чи-тельно затягивает выходной сигнал во времени и может ограничи­вать значение предельной скорости счета ударов величиной Z 5O7IOO с . Это означает, что временное разрешение прибора может оказаться недостаточным и эффект насыщения наступит задолго до максимального сближения зонда с кометой. С тем чтобы избежать таких ограничений , в приборе предусмотрено подавление отражений от края пластины демпфирующим колебания устройством, размещенным по периметру мембраны. На рис. 72 показан вид

РИС.72.выходного сигнала, длительность которого существенно ограничена в результате эффективного подавления отражений и не превышает 1мс.

Акустический детектор в целом крепится к корпусу прибора через три акустических изолятора, предохраняющих детектор от воздействия механических шумов.

Ионизационные детекторы пылевых частиц размещены в четырех патрубках, которые служат силовыми элементами конструкции корпуса прибора. Детекторы идентичны и объединены попарно. Под­ключение их к двум независимым измерительным системам позволяет дублировать получение информации. Пылевая частица пролетает через систему отклоняющих электродов и сеток, которые предохра­няют внутреннюю часть детектора от воздействия окружающей плазмы и электромагнитных полей, и соударяется с поверхностью нижнего электрода. Облако плотной плазмы^с высокой степенью ионизации расширяется в нижней камере, и затем заряды разного знака разде­ляются электрическим полем и собираются электродами камеры, к которым прилажена разность потенциалов 2 кВ.

В приборе измеряется суммарный заряд электронов, собран­ных на нижнем электроде.

Опубликованные результаты лабораторных исследований сверх­скоростного удара показывают, что заряд иЛ'^? V , где сС^ I, a Ji ОС 3. При постоянной скорости частиц, как в нашем случае, собранный заряд будет пропорционален массе пылинок.

Динамический диапазон ионизационных детекторов прибора со-ставляет 10 . Он разделен на шесть выходных каналов, позволяю­щих измерять спектр масс пылевых частиц в шести точках, распо­ложенных на шкале масс с интервалами в порядок величины.В при­боре СП-2 не было необходимости реализовать предельную чувстви­тельность ионизационного метода. Для изучения самых малых пыле­вых частиц в проекте БЕГА служит прибор СП-1.

- 178-Области измерений масс акустическим и ионизационными детек­торами в приборе СП-2 перекрываются на значительном участке. Это додано обеспечить сопоставление информации о пылинках

;микронных и субмикронных размеров, полученной независимыми методами. Такое сопоставление монет понизить неопределенность , связанную с погрешностями в калибровке, и дать возможность более обоснованно провести сравнение полученных данных о частицах ,

гкоторые дают основной вклад в рассеяние солнечного света, с результатами дистанционных фотометрических и поляриметрических наблюдений кометы.

Основные характеристики СП-2

Пороговая чувствительность акустического детектора пылевых частил по переданному моменту /}».- *" 2-10"5 г ш C-I ^ С учетом того, что реактивный импульс мск:ет превышать импульс частицы in \/ в 5-10 раз, минимальная масса регистрируемых частиц составляет <^ 3-10 г. Диапазон измерений Л^7/?7^3-10 * ?^?lO г разбит на 16 каналов. Относительная ширина каналов

?^ 2,82. Чувствительная поверхность $ = 500 см . Зремя ншсоплеяия при измерении одного спектра I с. Зто соответствует пространственному разрешению на траектории пролета -тс 30 ю.1. Измеряемая скорость счета частил малой массы до 4095 с .

Ионизационный детектор способен регистрировать частицы с ыассой 3-10° * 3*10 г. Число каналов - G. Относительная ширина канала Afn/m = 10. Чувствительная поверхность 40 см . Предельная измеряемая скорость счета частиц с малой массой м 65500 с . Время накопления при измерении одного спектра I с.

Как уде отмечалось, детекторные и измерительные системы в при­боре дублированы. Все результаты измерений и полетных проверок в каждом цикле формируются прибором в цифровой информационный кадр объемом ^200 бит. Прибор макет работать независимо или

- 179-одновременно на быструю и медленную радиолинии со скоростью передачи 65536 бит с и 3072 бит с соответственно.

Масса прибора 4 кг, потребляемая мощность 3,5 Вт.

Для проверки работы прибора СП-2 во всех режимах функциони­рования служит блок контрольной-испытательной аппаратуры (рис. 73),

Прибор разрабатывался специалистами СССР.

РИС. 73.

I.I3. СЧЕТЧИК ПЫЛЕВЫХ ЧАСТЩ СП-1

Основной задачей эксперимента является измерение массового спектра пылевых частиц кометы и оценка средней плотности этих частиц. Получаемая с помощью прибора информация должна позво­лить также получить данные о распределении пылевой компоненты вокруг ядра кометы, включая тонкую структуру пылевой оболочки.

- 180 -Анализ данных эксперимента позволит исследовать механизмы выбро­са пылевой компоненты из ядра кометы и ускорение пылевых частиц под влиянием различных факторов.

Принцип работы прибора основан на регистрации пылевых частиц при их ударе о мишень детектора и оценке возникающего при этом заряда, протекающего в выходной цепи детектора.

Как показывают лабораторные эксперименты, суммарный заряд ионов плазменного облака, образующегося при ударе частицы о мишень, приблизительно пропорционален массе частицы:

п

где #2- - масса частицы, А - коэффициент преобразования, завися­щий от скорости. При скорости частицы ^л^80 км/с величина А

(экстраполированная) составляет г^1$ Кл/г.

Прибор СП-1 выполнен в виде моноблока (рис.74 ) и содержит следующие узлы:

а) открытый детектор пылевых частиц,

РИС. 74.

- 181 -б) экранированный детектор пылевых частиц,

в) два идентичных узла усиления-дискриминации сигналов, каздый из которых подключен к выходу своего детектора,

г) узел накопления цифровых данных)

д) узел питания.

Два идентичных детектора Щ. и Д2 состоят из покрытой золотом мишени и системы коллекторов, располшенных над мишенью и ориен­тированных нормально по отношению к ней (рис. 75 ). Коллектора закрыты маской, защищающей их от прямых ударов частиц . Ыишенъ и маска находятся под нулевым потенциалом. Коллекторы смещены по потенциалу на -+30 Б (четные коллекторы) и на -30 В (нечетные коллекторы). Часть зарядов плазменного облака, образующегося при ударе пылевой частицы о мишень, собирается на коллекторы. С элект родов, находящихся под положительным потенциалом, снимаются импульсы тока отрицательной полярности, а с электродов, находя­щихся под отрицательным потенциалом,- импульсы тока полахитель-ной полярности.

Установленная перед одним из двух идентичных детекторов плен--ка микронной толщины служит для отсечки частиц малой массы и плотности и позволяет сделать оценку средней плотности частиц вблизи центрального участка регистрируемого спектра масс пыле­вых частиц.

Функциональная схема прибора приведена на рис. 76 ? Импуль­сы тока, поступающие от детектора Д1(Д2Ь преобразуются даодныш преоб­разователями ДП, либо усиливаются трехсекционным усилителем У1. С выходов ДП преобразованные сигналы поступают па амшмтуд-ний селектор АС. На другие входа АС поступают сигналы с выхо­да У1 и с выходов промежуточных секций У1.

Импульсы тока пояснительной полярности усиливаются аналогич­ным трехсекционннм усилителем У2 и с его выхода поступают на временной селектор ВС. В селекторе АС происходит отбор импульсов в пределах одной декады.

Каждый из семи выходов АС соответствует определенному каналу. В схеме АС используется принцип мажоритарной логики. Сигнал ^ появившийся на выходной шине какого-либо канала, блокирует сигна­лы на выходных шинах, соответствующих более младшим каналам. Таким образом, на выходных шинах селектора присутствует только один сигнал, амплитуда которого соответствует старшему^по отно­шению к другим/ каналу .

Сигналы с выходов АС поступают на шифратор адреса Ш и, если эти сигналы сопровождаются импульсом с выхода ВС, вырабатывает­ся трехразрядный адресный код счетчика накопителя. В табл. М указаны границы зон каналов, в которых происходит накопление выработанных прибором импульсов заряда.

Таблица И Номер канала Заряд, Кл

3 узле дискриминации предусмотрен генератор калибровочных импульсов (йп'Г) для проведения калибровки электрических иепей прибора в полете. В режиме калибровки генератор вырабати-зает сигнала заряда, которые воздействуют на входы усилктелей-дцсктншкаторов и долины попадать в первый и пятый каналы, соответственно.

Информация о содержании счетчиков накопителя передается прибором б виде информационного кадра из 224 бит. Прибор передает эти данные в прибор АПЗ-П через обменные информационные каналы и, таким образом, данные измерений прибора СП-1 содержатся в ингёор-ыашюнном кадре прибора ЛПВ-П. Время накопления импульсов от пылевых частиц определяется цикличностью опроса прибора и состав­ляет 2,5 мин в режиме записи ка магнитофон, и 2 с б режиме ненос-редственноИ передачи.

Диапазон регистрируемых прибором масс определяется:, помимо коэффициента преобразования массы в заряд, также ажективностью сбора зарядов коллекторами и эсдаективностыэ регастрашп импуль­сов заряда электронной схемой. Общая эффективность прибора, т.е. регистрируемый диапазон масс, должен быть определен в результате калибровочнш: ксиитшпш и модельных расчетов. Счетчик пылевых частиц СП-1 разрабатывался специалистами СССР.

I.I4. ОПТйКО-ЗЖхГРОтВА! ПРИБОР "йОТОН"

0пткко-эле1стронный прибор ""Зотон" предназначек для исследо­вания пылевой атмосферы кометы Галлея и характеристик ее взаи-модействия с космическим аппаратом ВЯГА при его движении в окрестности ядра кометы. Задачами научного эксперимента являются:

- измерение физических параметров . пылевой составляю­щей кометной атмосферы: плотности и массы пылевых частиц, плот­ности потока частиц на различных расстояниях от ядзра кометы;

- получение данных, определягаших механизм высокоскоростного удара пиленых кометных частиц о поверхность космического аппара­та;

- определение эффективности работы противозетеоритных за­щитных экранов и степени безопасности движения аппарата в услови­ях пылевой атмосферы.

Тонкий эталонный экран при высокоскоростной ударе проби­вается шлевиш частицами. Схемным решением прибора явилась имитация принятой протлвометеорптной защиты на космическом аппа­рате ВйГА . "фотон" регистрирует пометные пылевые частшзы на всей пролетной траектории аппарата.

Прибор "уотон" установлен на космическом аппарате со стороны борта, обращенного к Солкпу и комете. Угол медду поверхностью эталонного экрана и направлением солнечного потока излучения составляет 52°. Внешний вид его показан на рис. ?? . Прибор состоит из двух конструктивных элементов: эллипсоидальной прием­ной камеры с тонким эталонным экраном и электронного блока, предназначенного для обработки и передачи сигналов в телеметрию космического аппарата. Тонкий эталонный экран выполнен в виде круглой пластинки толщиной 100 мкм, которая изготовлена из нике­левой ленты. На теневой внутренней стороне экрана-мишени по центру установлен пьезоксращческий преобразователь. Элемент предотвращает попадание часзящ е пьезокерамику. ?дя настройки характеристик мишени применен специальный натяжитель. Экранная часть прибора изолирована от остальной конструкции акустичес­ким фильтром. Вырезка из параболического зеркала, с фокуснымрасстоянием 0,075 м является несущей в конструкции прибора. В качестве ссотоприемника используется кремниевый фотодиод.

Угол между поверхностью экрана и направлением пылевого потока, равен 60°. При такой ориентации мишени плазменная струя, возни­кающая при пробое, направлена на боковую поверхность приемной камеры. При этом загрязнение поверхности рефлектора сводится к минимуму. Для контроля качества его отражающей поверхности используется светодаод , расположенный в приемной камере.

Елок электроники состоит из размещенных в нем четырех электронных плат и источника питания, установленного в отдельном секционном отделении.

Для обеспечения теплового режима прибора (250 - 330 К) все его поверхности, кроме мишени и пассивного теплового радиатора, закрыты экранно-вакуумной тепловой изоляцией.

Чувствительная поверхность прибора - мишень - облучается Солнцем. Уровень ее энергетической освещенности постоянный. При высокоскоростном ударе о тонкий экран пылевой частицы (с массой 10 ° г и более) происходит его пробивание, сопровож­дающееся разлетом и охлаждением продуктов испарения частицы и материала мишени. Излучение от вспышки, возникающее в приемной камере, а также прошедший затем через пробитое отверстие в экране поток солнечного излучения регистрируется оптической систе­мой прибора. Пьезокерамический преобразователь фиксирует акусти­ческий сигнал, генерированный ударом частицы об экран. Строби-рование акустического приемника осуществляется сигналом,форми­руемым вспышкой.

На основе пылевой модели кометы, гидродинамических расчетов и имеющихся результатов по высокоскоростному удару вычисле­ны ожидаемые повреждения тонкого экрана в процессе движения космического аппарата через кому кометы. Эти данные использо­вались при разработке методики измерений для прибора "Фотон".

Функциональная схема электронной части прибора приведена на рис. 78.

Сигналы об освещенности и вспышке с фотоприемника разделя­ются соответственно фильтрами верхних и нижних частот на два канала. Величина фоновой освещенности предварительно оценивается с помощью устройства выбора масштаба освещенности (ВМО) и источника опорного напряжения (ИОН). После выбора масштаба осуществляется преобразование этой величины в двоичный десяти­разрядный код с помощью аналого-цифрового преобразователя освещенности (АЦПО) и запоминание двоичного числа в регистре арифметически-логического устройства (АЛУ). АЛУ позволяет так-

- 188-ДТ1

ДТ2

РКП

_L

вмо I-—|дцпо (—4 алу ЬЧцапо

ион

~ рти ^ цдппо}-' ccnoj==t>

СИ

t 1

УСД УМ

ссо

I

ки

РИС. 78.

ке вычислить приращение освещенности от ка-здой пылевой частицы раздельно. Цикл преобразований над сигналом освещенности за­дается распределителем тактовых импульсов (РТй), который за­пускается задержанным сигналом вспышек, информация об освещен­ности и приращении освещенности выдается в каналы телеметрии в аналоговой форме в диапазоне 0 + 6,3 В.

Сигнал вспышки поступает на пиковый детектор (ПД) амплитуды и формирователь длительности (ФДЛ). Б ПД осуществляется кратковременное залоьмнаше его амплитуды, а с помощью ЗМА и РЮН осуществляется предварительная ее оценка. Затем преобразова­телем jUJHA сигнал преобразуется в шестиразрядник двоичный код, который поступает з телеметрию. Откалкброванный по шшллтуде сигнал вспышш после ФДЛ подвергаете масштабного преобразова­нию по длительности с помощью ЩДЛ, после чего преобразователь время-код 1Ш1С осуществляет измерение длительности сип'ала вепщки в цифровой йорме. Ьтот двоичный код длительности вспыш-

- 189-прироста объемной доли водорода в газе. Для разложения воды используется кулонометрическая трубка (рис.103), а для измере­ния прироста объемной доли водорода - метод теплопроводности. Для введения поправки на зависимость показаний блока теплопро­водности от температуры используется термометр сопротивления, измеряющий температуру блока. Диапазон измерений объемной доли паров воды от 0,01 до 0,2$.

Прибор работает на внсотах 65 + 30 км, включая облачной слой, подоблачную дымку и часть нижней атмосферы. В результате работы двух датчиков с взаимно перекрывающимися диапазонами будет получен однозначный разрез атмосферы по содержанию водяных паров с разрешением порядка 2 - 4 юл по вертикали.

4

РИС. 103.Основные характеристики влагомера

Мощность, потребляемая в режиме измерения, .... 6,4 Вт

Напряжение источника питания..........27^? В

Диапазон измерений точки росы.........-30 * +30°С

Диапазон измерений объемной доли паров воды . . 0,01 + 4,0$

Диапазон измерения выходного сигнала......0 * 6 В

Масса прибора.................6,4 кг

Прибор разрабатывался специалистами СССР.

2.6. ПРИБОР ДЛЯ РШТтШЛШРЕСДЕНТНОГО АНАМЗА СОСТАВА ПОРОД НА ВЕНЕРЕ (БДРП-АМ25)

Элементный состав поверхностных пород планеты является одной из наиболее важных характеристик любого космического тела,. К на­стоящему времени существуют экспериментальные данные об элемент­ном составе пород Венеры, полученные в 1981 г. в районах посадок АМС "Венера-13" и "Зенера-14".

Эти данные позволяют сделать важные выводы о степени диф— ференции, о процессах эрозии, об условиях формирования геологи­ческих структур, рассчитать возможный минералогический состав, который, в свою очередь, позволяет судить о процессах взаимодей­ствия атмосферы планеты с поверхностью.

Целью эксперимента, является определение концентраций основных породообразующих элементов от Me до fle. включительно, а такке концентраций некоторых более тяжелых редких элементов с помощью рентгенорадиометрического метода анализа. Этот метод основан на зависимости интенсивности возбуждаемого радиоизотопным источником характеристического излучения от содержания анализируемого элемен­та в пробе. Концентрация элементов определяется в образце породы

-233-

РИС. 109.

По результатам этих измерений при наземной обработке вычисля­ются, в зависимости от высоты, вертикальный температурный градиент, средний квадрат пульсации температуры, структурная функция пульса­ции температуры и скорость выравнивания температурных неоднород-ностей.

Тля измерения среднего значения температуры и ее пульсаций используются два датчика. В одном имеются два термочувствительных сопротивления, изготовленных из никелевой с&олыи, на общей сита-ловой подлакке. ТермосопротйЕления защищены от воздействия внешней среды слоем лака. Датчик предназначен для измерещш осредненной температуры. Другой датчик также имеет два термосоп­ротивления. Одно из hex, изготовленное из открытой платиновой проволоки на керамическом каркасе, имеет малую постоянную време­ни , второе изготовлено из платиновой проволоки в керамической капсуле и является более инерционным. Датчик используется для измерения осредненной температуры и ее пульсапий.

Давление измеряется тремя датчиками с рабочими дпапазонаш 0*2, 0 т 20, 2 *? 100 атг.1. В первых двух чувствитель­ным элементом является кварцевая электромеханическая система, собственная частота колебаний которой зависит от механических напряжений б кварце, обусловленных внешним давлением. 3 третьем датчике чувствительный элемент - мембрана. Ее перемещение при из­менении внешнего давления приводит к изменении частоты генератора датчика за счет влияния ёмкости , образованной мебраной и непод­вижными электродами.

Два датчика температуры устанавливаются снару;ш в зазоре ме;.-:ду посадочным кольцом и гермокорпусом.

Датчики давления с диадазонаш 0 ?*? 2 и 0 * 20 атм разме­щаются в отдельном гермокорпусе, покрытом теплоизоляцией, уста­навливаемом на посадочном кольце . Датчик давления с диапазо­ном 2 ?*? 100 атм и общий электронный блок размещены внутри гермо-корпуса посадочного аппарата.

Электроника эксперимента вклнчает вторичный псточтпш питания, аналоговые цеШ1 измерения тег.шературы, пульсаций тешературы, аналоговые цепи датчиков давления, коммутатор аналоговых сигна­лов, преобразователь аналог-щйра, оперативное запоминающее устрой ство.Датчики давления содержат электрошшу для преобразовшшя измеряемого параметра в частоту выходного сигнала. Счетчжи дляпреобразования частоты сигналов датчиков давления в цифровой код размещаются в электронном блоке.

Распределение массы блоков и датчиков

Датчики тешературы............2 х 0 2 кг

Внешний блок датчиков давления с

теплоизоляцией ..............2,5 кг

Электронный блок.............2,5 кг

Датчик давления на диапазон до 100 атм

с электроникой .............. 0,3 кг

Полная масса,включая термостойкий кабель,... 5,5 кг .

Аппаратура включается после раскрытия тормозного паралюта и работает в течение всего спуска. Давление сначала измеряется двумя датчиками с диапазонами 0*2 , 0 * 20 атм, затем при дав­лении 2 атм отключается чувствительный датчик и вместо него под­ключается грубый датчик с диапазоном 2 -ь 100 атм.

Эксперимент осуществляется советский! и французскими специа­листами.У1. СИСТЕМА СБОРА И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Информационно-измерительная система (ИИС) предназначена для сбора данных научных экспериментов на борту, передачи на Землю, бортовой и наземной обработки.

Основными звеньями ИИС являются прибор БЛИСИ и две радиотеле­метрические системы, наземные измерительные пункты дальней косми­ческой связи, устройства обработки на борту, входящие в состав комплекса научной аппаратуры, и система наземной обработки и обмена данными со странами - участницами научных экспериментов.

Система наземной обработки и обмена данными должна обеспечивать решение нескольких задач. Функционирование ее началось уже во вре­мя проведения наземных испытаний научной аппаратуры. Обработка, информации, получаемой при наземных испытаниях, производится на ком­плексе ЭВМ, а результаты выдаются в виде таблиц, графиков, на маг­нитных лентах - для последующей обработки. Часть данных обраба­тывается в режиме реального времени и экспериментаторы получают результаты обработки на экране дисплея, расположенного непосред­ственно в месте проведения испытаний. На рис. ПО представлена упрощенная схема проведения обработки данных испытаний КЕА.

Во время полета КА система должна обеспечивать обработку дан­ных с целью определения работоспособности научных приборов , их реаимов-и условий, в которых оне работают. В основном эти данные мсено получить при обработке так называемых служебных параметровПодрисуночные подписи к проспекту "Венера-Галлей"

Рис.1. Расчет терминальной скорости пылевых частиц как функции их размера.

Рис.2. Параболоид вращения, образуемый траекториями частно.

Рис.3. Результаты вычислений эффективности радиационного давления С Up?).

Рис.4. Результаты вычислений величин апексов ( Е ).

Рис.5. Схема защитных экранов (2с*. - угол конуса разлета частил 1-го экрана: И - расстояние меаду запщтннрш экранами; ? - основа-нив конуса разлета частиц;.

Рис.6. Схематическая картина обтекания кометы солнечным ветром:

I - магнитные силовые линии, 2 - ядро кометы, 3 - ионопауза, 4 - ударная волна.

Рис.?. Изменение плотности плазш {^), ее скорости ( U. ) и напря­женности магнитного поля (3 ) на оси обтекающего комету потока в зависимости от расстояния ( % ) до ядра кометы. Рис.8. Выведение КД к Венере.

Рис.9. Перелет Земля-Венера. Вид с северного полюса эклиптики. Рис.10. Схема припланетного участка. Рис.II. Перелет Венера - комета Галлея. авд с северного полюса

эклиптики. Рис.12. Участок полета около кометы.

Положение АСП-Г: I - на подлете, 2 - при встрече,3 - на отлете. Рис.13. Схема полета космического аппарата БЕГА. Рис.14. Космический аппарат BETA:

а - общий вид, б - пролетный аппарат. Рис.15. Блок-схема системы наведения АСП-Г ;

ПЩ - шаговый двигатель, ТДН - телевизионный датчик наведения, TW - телевизионная узкоугольная камера.

-249-Рис.16. Обшй вид АСП-Г.

Рис.17. Общий вид АСП-Г с научной аппаратурой.

Рис.18. Расположение аэростатного зонда в верхней полусфере СА.

Рис.19. Схема спуска спускаемого аппарата.

Рис.20. Посадочный аппарат.

Рис.21. Схема эксперимента "Аэростат".

Рис.22. Гондола A3.

Рис.23. Расположение радиотелескопов , принимающих сигналы

аэростатного зонда и пролетного аппарата на волне 18 см. Рис.24. Рабочий спектральный диапазон ТБС.

Рис.25. Компоновочная схема телевизионной камеры на ПЗС-матрипе.'

а - ТВУ; б - ТШ и БЭ ТВС. Рис.26. Телевизионная система пролетного аппарата "Бенера-Галлей".'

ПЗС - прибор с зарядовой связью, КИС - контрольный источник

света, хдц_а - телевизионный датчик наведения,аналоговый. Рис.27. Блок-схема вычислительного интерактивного комплекса. Ряс.28. Упрощенная схема ИКС. Рис.29. Схема фокального оптического блока ИКС. Рис.ЗО. Расчетная зависимость сигнала в канале КИ от расстояния

при различных размерах ядра.

(5МШ - уровень эквивалентной мощности шума):

*=5 *»? 2-/?ядра = 3км' 3 - ^

4 " * ядра = 1 км- 5 "К ядра = °-5 км-Рис.31. Синтетический спектр центральной части внутренней кош.

КЖ и ДВК - диапазоны и разрешение спектральных каналов ИКС;

------- расчетные кривые для излучения пыли и ядра,

------ полосы излучения молекул.

Рис,32. ИКС без противосолнечной бленды и экраино-вакуумиой

изоляции. Рис.33. ИКС с противосолиечной блендой без экранно-вакуумной

изоляции. Рис.34. Схема устройства трехканального спектрометра ТКС.

-250-Рис,35. Общая схема электронных блоков ТКС.

Рис.36. Расположение оптических элементов прибора ТКС.

Рис,37. Общий вид прибора ТКС со снятыми крышками.

Рис,38. Схема анализатора прибора ПУМА (а) с двумя типами мишеней (б)

и диаграмма токов (в.), Рис.39. Калибровочный спектр удара железной пылинки по серебряной

мишени.

Рис.40. Общий вид прибора ПУМА. Рис.41. Модель атмосферы кометы Галлея. Рис.42. Датчик Г10 (с ионизацией электрическим полем):

а - схема устройства, б - игла источника ионизации. Рис.43. Схематическое устройство Е1$ -анализатора. Рис.44. Общий вид масс-спектрометра нейтрального газа (ИНГ). Рис.45. Общий вид магнитометра МИША .:

а - блок электроники (с кабелями), б - трехкомпонентный

датчик (с кабелем). Рис.46. Блок-схема магнитометра МИША. Рис.47. Схема потока информации в приборе МИША, Рис.48. Электронный энергоспектрометр, принципиальная схема:

I - анализирующие пластины, 2 - коллиматор; 3 - сетка,

4 - каналотрон ( Va-н - анализирующее напряжение).

Рис.49. Ионный спектрометр, принципиальная схема:

I - угол прихода, 2 - квадрупольная линза, 3 - сферическая анализирующая система, 4 - каналотрон (VoL - напряжение на квад-рупольной линзе; Т/д - анализирующее напряжение),

Рис.50. Интегральные плазменные детекторы (Zc - ток коллектора).

Рис.51. Схема монитора нейтральных частиц и пыли.

Рис.52. Функциональная схема аппаратуры "Ш1АЗМАГ-1". Рис.53. Общий вид прибора "ПЛАЗМАГ-!", Рис.54. Блок-схема прибора'тЩДЕ-М.1' Рис.55. Схема телескопов.

- 251 -Рис.56. Блок-схема узла аналоговой обработки.

Рис.57. Блок-схема цифровой электроники.

Рис.58. Общий вид прибора 'ЬЛЩЕ-М.'

Рис.59. Результата распределения электронной плотности для двух моделей.

Рис.60. Результата оценки уровня шумов.

Рис.61. Уровни шума различных антенн и динамический диапазон измерений на космических аппаратах:

I „plOIUVi-VtnMA .диполь 0,75 м (решетчатые

сферы); 2 -I^Efc-*' .диполь 0,61 м, расположенный на двух­метровой штанге (решетчатые сферы) ,* 3 - Венера-Галлей t диполь Юм; 4 -КЕЕ-Я, .диполь 15 м; 5 -JJEE"-i

диполь 107 м.

Рис.62. Дипольная антенна с базой II м. Рис.63. Датчик АПВ-В.

Рис.64. Зонды Ленгмюра на штанге антенны.

Рис.65. Блок-схема АПВ-В:

I - датчик плотности плазмы, 2 - датчик температуры плазмы, 3 - датчик электрического поля, 4 - источник напряжения, 5 - выбор режима работы, 6 - свип-генератор, 7 - калибровка по постоянному току - калибровка I, 8 - источник тока - I

(2,5 * 5-КГ8 А), 9 - источник тока- 2 (2,5 * 5-I0"8 А),

10 - калибровка по переменному напряжению - калибровка 4,

11 - выбор входного сигнала, 12 - преобразователь ток-напря­жение, 13 - калибровка по току - калибровка 2, 14 - преобра­зователь ток/напряжение, 15 - фильтр нишшх частот (8 Гц),

16 - предусилитель, 17 - калибровка по переменному напряжению -калибровка 3, 18 - флуктуации плотности, 19 - логарифми­ческий усилитель, 20 - логарифмический усилитель, 21 - фильтр нижних частот (0,2 Гц), 22 - канал переменного напряжения

-252-