CC BY
5
Планирование космических миссий и солнечно-земные связи
Золотарев Иван Анатольевич, Илларионов Тимур Андреевич
Планирование космических миссий и солнечно-земные связи (Проект МИШ 2022)
Space Mission Planning and Solar-Earth Communications (IRS Project 2022)
Аннотация. Представлен краткий отчет по проекту, реализованному в гибридном формате в рамках 14-й Международной исследовательской школы (МИШ), прошедшей в Республике Саха (Якутия) на базе Малой академии наук в рамках II Международных исследовательских игр (МИИ). Данный проект был ориентирован на ребят, увлеченных физикой космоса.
Ключевые слова: экспресс-проекты, Международная исследовательская школа, Якутия, физика космоса
Abstract. A brief report on the project, released in the mixed format within the framework of the 14th International Research School (IRS), held in the Sakha Republic (Yakutia) on the basis of the Minor Academy of Sciences within the framework of the 2nd International Research Games (IRG), is given. The following project was aimed at the young people engrossed in space physics. Keywords: express-projects, International Research School, Yakutia, space physics
Участники: Камила Кастро Баррера (Мехико, Мексика), Бехрад Моради (г. Тегеран, Иран), Табасом Кеиха (г. Тегеран, Иран), Игорь Ельчинов (г. Москва, Россия), Вадим Ямбаев (г. Москва, Россия), Екатерина Труханович (г. Москва, Россия), Андрей Жданов (Краснодарский край, Россия), Ангелина Гулова (Краснодарский край, Россия), Аркадий Буйко (Якутия, Россия), Арсений Колесов (Якутия, Россия), Олег Андреев (Якутия, Россия)
О проекте
Цель проекта — спланировать полет на другую планету или космическую станцию. Задачи:
• изучить ключевые принципы планирования миссии, такие как движение по орбите и график миссии;
• узнать о космической радиации и способах защиты от нее;
• сравнить радиационную защиту для нескольких космических аппаратов.
Золотарев
Иван Анатольевич,
кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына МГУ имени М. В. Ломоносова, г. Москва (Россия) e-mail: [email protected]
Илларионов
Тимур Андреевич,
студент второго курса Северо-Восточного федерального университета имени М. К. Аммосова (СВФУ) по специальности «Радиотехника», г. Якутск (Россия)
e-mail: illarionov.ta@ yktaero.space
Международная исследовательская школа
Ivan
Zolotarev,
Ph. D. in Physics and Mathematics, Research Associate of the Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, Lomonosov Moscow State University, Moscow (Russia)
Timur
Illarionov,
2nd year student of NorthEastern Federal University, NEFU, majoring in Radio Ingeneering, Yakutsk (Russia)
Проекты 14-й Международной исследовательской школы в Якутии и их результаты
Каждый день начинался для участников с лекции об основах физики элементарных частиц, распространении излучения и происхождении излучения в космосе.
Планирование миссий. Мы обсуждали в команде любимые космические корабли каждого участника. По каждому из них студенты самостоятельно выяснили миссию космического корабля и его текущий статус. Екатерина сказала, что ее любимый аппарат — это «Тысячелетний сокол» из «Звездных войн». Вадим и Игорь заинтересовались «Вояджерами», осуществляющими миссию к внешним границам Солнечной системы. Олег выбрал корабль Аполлон, а Камилла из Мексики — корабли будущей программы Artemis (Артемида). Оба проекта связаны с миссиями на Луну, и ребятам очень интересно было узнать, рискованно ли совершать пилотируемый полет человека к другому космическому телу с точки зрения радиации в космосе.
Методы. Мы использовали приложение SRIM, чтобы выяснить, какие типы излучения могут нанести вред человеческому телу в космическом корабле или разрушить чувствительные микросхемы на спутниках. Это очень простое приложение, но оно показывает, как каждая частица проходит сквозь стенки космического корабля и дает красивую визуализацию ее трека. И именно поэтому SRIM это отличный инструмент для студентов, чтобы они могли проводить собственные исследования защиты, используемой в различных космических кораблях, или разрабатывать свои собственные для новой миссии.
Выезды. Важной частью нашего командного проекта стала экскурсия в Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю. Г. Шафера. У нас была прекрасная возможность пообщаться с учеными, которые работают в этом институте. Семен Викторович Николашкин, ученый секретарь, рассказал нам о проводимых в институте исследованиях космических лучей, маг-нитосферно-ионосферной системы и солнечно-земных связей. Нам также показали приборы, изготовленные учеными для измерения космического излучения на первых ракетах в Советском Союзе, так что мы смогли прикоснуться к оборудованию, которое использовалось для первых экспериментов в космосе.
Потом мы посетили станцию космических лучей под г. Якутском. Эта станция постоянно измеряет поток космического излучения, достигающего уровня земли. Она входит во всемирную сеть станций мониторинга космических лучей и предоставляет уникальные данные из Сибири, с очень удаленной от остальных станции.
Результаты и выводы по миссии Artemis. Участники проекта узнали, что кроме планирования топлива для перемещения между орбитами и планетами и обеспечения питания и кислорода, требуется учет радиации в космосе. Возможно, это самый недооцененный вопрос при планировании миссий. Мы сравнили радиационную защиту для спутников — Voyadger и Starlink.
Планирование космических миссий и солнечно-земные связи
Золотарев Иван Анатольевич, Илларионов Тимур Андреевич
Оказалось, что они имеют сравнимую по величине защиту, при этом Voyadger работает уже почти 50 лет, а Starlink имеет срок службы 5 лет. Каким образом еще в начале космических полетов смогли обеспечить такую надежность электронных схем? Оказывается, что старые технологии производства электроники на толстых кристаллах более устойчивы к сбоям, по сравнению с современными технологиями на нанометровом кремнии.
Самый неожиданный результат, который получили студенты — это сравнение миссии Apollo и Artemis. Расчеты показали, что Starship имеет достаточно тонкие стенки, которые способны защитить от протонов космической радиации только до 45 МэВ, тогда как Apollo защищал астронавтов до гораздо больших энергий — около 90 МэВ. Известно, что частиц таких энергий уже гораздо меньше в космосе. Также мы провели сравнение этих данных с данными по МКС — потому что мы знаем, космонавты постоянно находятся там подолгу и не испытывают значительных проблем с повышенными дозами радиации. Мы вычислили, что на МКС защита обеспечивает экранирование протонов до 120 МэВ. Также МКС находится около Земли и защищена магнитным полем. Участники на практике сделали выводы о том, почему все эти факторы требуется учитывать при планировании миссий, и перешли на новый уровень понимания космических исследований.
Дополнительный проект с запуском водной ракеты. Помимо изучения новой информации о радиации в космическом пространстве и проведении расчетов защищенности выбранных космических аппаратов студенты занимались и практической работой — делали водную ракету. Благодаря технической поддержке Малой академии наук Республики Саха (Якутия) нам удалось собрать и запустить действующую образовательную модель такой ракеты. Помимо практических навыков студенты узнали основные формулы ракетного движения и смогли проверить теоретические расчеты требуемого количества рабочего тела в двигателе ракеты и давления в камере. Оптимальные рассчитанные параметры ракеты соответствовали полученным во время четырех испытаний ракеты. Конечно, ничто не может сравниться с восторгом от того, что ракета, которую ты создал своими руками, поднимается в воздух. CSR
Личные впечатления
Иван Золотарев, тьютор: «Время, проведенное в МИШ, было очень насыщенным, а команда тьюторов и организаторов очень нас поддерживала. Школа дала бесценный опыт общения с школьниками из разных стран».
Тимур Илларионов, тьютор: «Мне было очень приятно попасть в такую среду, где много образованных и заинтересованных в своем деле людей. МИШ — это хорошая возможность найти единомышленников и друзей. У меня на долгое время останутся только приятные воспоминания!».
