Исследование химического состава метеоров из космоса

Язык труда и переводы:
УДК:
520.84
Дата публикации:
12 января 2022, 23:08
Категория:
Секция 07. Развитие космонавтики и фундаментальные проблемы газодинамики, горения и теплообмена
Аннотация:
Рассмотрены текущие исследования метеорных явлений с Земли. Каждый день фиксируется более 1000 метеоров, но их наблюдение с Земли обычно затруднено влиянием атмосферы. Cведений о проектах по изучению метеоров из космоса идущих в настоящее время нет, похожий эксперимент проводился в 2016–2019 гг. (проект Meteor, непрерывная съемка участка неба камерой высокого разрешения установленной перед иллюминатором международной космической станции (МКС)). Показана возможность размещения и использования научной аппаратуры по исследованию метеоров на российском сегменте МКС. Представлены результаты отработки полнофункционального макета такой научной аппаратуры.
Ключевые слова:
спектрометрия, метеороидные частицы, химический состав, метеорные явления
Основной текст труда

Актуальность работы связана с важностью исследования метеоров из космоса. Все исследования метеоров в настоящее время проводятся с Земли [1], однако такие наблюдения часто затруднены влиянием атмосферы. В 2016–2019 гг. на американском научном модуле международной космической станции проводился подобный эксперимент (проект Meteor), непрерывная съемка участка неба камерой высокого разрешения установленной перед иллюминатором [2, 3], однако открытых данных для оценки эффективности этого проекта недостаточно.

Возможность получения снимков, видео, а также спектрограмм участков атмосферы, где обнаружен метеор позволило бы получать новые данные о химическом составе метеоров (это единственный способ реконструировать вещественный состав космических тел, недоступных для изучения другими методами) и данные о динамике атмосферы на больших высотах (такие данные используются для построения и валидации моделей атмосферы) [4].

Цель данной работы — исследовать возможности изучения движения и химического состава меторов из космоса, а также разработка облика космической аппаратуры для этого. Большая часть метеоров исследуется с Земли, анализируются траектории и химический состав. Основные задачи, ставящиеся в работе, — определение состава родительских объектов.

Однако часть метеоров не может быть исследована из-за атмосферных явлений или раннего сгорания. Аппаратура космического базирования позволит исследовать и такие метеоры.

При падении в атмосфере тела начинают гореть, спектр этого излучения и является основным источником информации о химическом составе падающего тела (рис. 1).

Расположение спектрометра в космосе позволит получать спектрограммы на самых ранних этапах горения в верхних слоях атмосферы, а также получать спектрограммы на этапах горения в нижних слоях атмосферы независимо от атмосферных явлений, в отличие от поверхностных наблюдений, которые ограничены дальностью и атмосферной обстановкой.

Рис. 1. Пример спектрограммы космического тела

В качестве спектрометра предполагается использовать спектрометр с волоконным выходом, например, Maya2000 Pro. Основные характеристики представлены ниже:

  • оптическое разрешение ~ 0,035 нм FWHM;
  • диапазон работы 165…1100 нм;
  • ширина входной щели 5, 10, 25, 50, 100 и 200 мкм;
  • время интегрирования сигнала 7,2 мс … 5 с;
  • питание 5 В, 450 мА.

Спектрометр космического базирования также должен содержать камеру наблюдения, которая будет фиксировать появление метеора, ограничивать поле зрения соосного с камерой спектрометра и включать его. Такой спектрометр может быть закреплен на иллюминаторе МКС и мог бы работать в автоматическом режиме (рис. 2).

Рис. 2. Возможное место установки спектрометра

Спектрометр с волоконным выходом позволит установить на иллюминатор только легкую составную часть оборудования, тогда как основная часть может быть расположена на установочном месте и связана волоконным и электрическим кабелем.

В качестве прототипа была спроектирована и собрана система для получения спектров светящихся объектов на расстояниях до 100 м. Ее работоспособность проверена в лабораторных условиях.

Рис. 3. Модель и макет системы для получения спектров светящихся тел, а также пример полученного спектра люминисцентной лампы

Рассмотрена принципиальная возможность исследования химического состава метеоров из космоса, а также предложен функциональный облик научной аппаратуры для российского сегмента международной космической станции для космического эксперимента по изучению химического состава метеоров. Предложенная аппаратура имеет ряд преимуществ, перед использованной ранее аппаратурой в проекте Meteor. Был собран и отработан в лабораторных условиях прототип такой аппаратуры, подтверждены алгоритмы и схема работы аппаратуры.

Литература
  1. База наблюдений метеорных тел с 1982 года. URL: https://www.imo.net/members/imo_vmdb (дата обращения 08.09.2021).
  2. Arai T., Kobayashi M., Yamada M., Senshu H., Maeda K., Wada K., Ohno S., Ishibashi K., Ishimaru R., Matsui T., Fortenberry M. On-going status of meteor project onboard the international space station // 48th Lunar and Planetary Science Conference. The Woodlands, Texas, USA, 2018. Vol. 49. Art. no. 2525. Bibcode 2018LPI....49.2525A
  3. Arai T., Kobayashi M., Yamada M., Senshu H., Maeda K., Wada K., Ohno S., Ishibashi K., Ishimaru R., Matsui T. International space station-based meteor observation project: initial results // 47th Lunar and Planetary Science Conference. The Woodlands, Texas, USA, 2017. No. 1964. Art. no. 3034. Bibcode 2017LPI....48.3034A
  4. Arai T., Kobayashi M., Yamada M., Matsui T. Meteor Observation HDTV camera onboard the international space station // 45th Lunar and Planetary Science Conference. The Woodlands, Texas, USA, 2014. No. 1777. Art. no. 1610. Bibcode: 2014LPI....45.1610A
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.