КОНСТРУКЦИЯ ДАТЧИКОВ ПОТОКОВ КОСМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЫ НА ОСНОВЕ ЦИЛИНДРА ФАРАДЕЯ

Важными задачами современных космических исследований являются изучение и непрерывные наблюдения процессов космической и метеорологической «погоды». Одним из электронных приборов для проведения таких исследований является датчик плазмы на основе цилиндра Фарадея. Цель работы состояла в разработке конструктивного варианта цилиндра Фарадея с прецизионными чувствительными (селектирующими) элементами в виде металлических сеточных микроструктур и четырехсекторным коллектором, не имеющего аналогов в мировой технике.

Для формирования сеточных никелевых микроструктур разработан процесс создания с помощью фотолитографии матрицы из нанопористого анодного оксида алюминия как прецизионной формы (шаблона) для осаждения наноструктурированных металлических слоев. Разработаны методы проведения тестовых испытаний на механические (вибрационные) и термоциклические воздействия, соответствующие требованиям к космическим приборам.

Сеточные микроструктуры сформированы в едином технологическом цикле с кольцами-держателями по периметру сетки, с квадратным 20 × 20 мкм2 сечением полотна и ячейками размером 1 × 1 мм². Прозрачность каждой из сеток при нормальном падении света составила более 90 %. Габаритные размеры держателей и сеточных микроструктур: внутренние диаметры (34, 47, 60) ± 0,1 мм, внешние диаметры колец (42, 55, 68) ± 0,1 мм соответственно. Масса одной сетки составила менее 50 мг.

Результаты испытаний продемонстрировали работоспособность разработанных сеточных микроструктур при многократных термоциклических воздействиях от –50 до +150 °С и вибрационных и статических перегрузках, характерных при космических полетах. В составе приборов для проведения плазменных измерений в окрестности Земли и в межпланетном пространстве будут использованы шесть датчиков с различной угловой ориентацией. Это обеспечит возможность фиксирования ионов космической плазмы в телесном угле около 180°.

1. Фундаментальные космические исследования: в 2 кн. Кн. 2. Солнечная система / под науч. ред. д-ра техн. наук, проф. Г. Г. Райкунова. – М. : Физматлит, 2014. – 456 с.

2. Basics of the Solar Wind (CambridgeAtmospheric and Space Science Series). – Cambridge University Press, 2007. – 478 p.

3. Kasper, J.C. Solar wind ion and electron distribution functions and the transition from fluid to kinetic behavior / J.C. Kasper. – Harvard-Smithsonian center for astrophysics. GYPW01, Isaac Newton Institute, 2010. – 46 p.

4. Shopov, Y. Cycles of the Solar Wind Flux at the Front of the Earth’s Magnetosphere / Y. Shopov, D. Stoykova // AIP Conf. Proc. – 2011. – Vol. 1356. – Р. 192. doi: 10.1063/1.3598105

5. Застенкер, Г.Н. Быстрые вариации величины и направления потока ионов солнечного ветра / Г.Н. Застенкер [и др.] // Космические исследования. – 2015. – Т. 53, № 1. – С. 63–74.

6. Tariq, H.A.R. Variation of ion energy flux with increasing working gas pressures using Faraday cup in plasma focus device / H.A.R. Tariq, I.A.Khan, U. Ikhlaq, A. Hussnain // Journal of Natural Sciences and Mathematics. – 2008. – Vol. 48, no. 1 & 2. – Р. 65–72.

7. Vaverka, J. Calibration of Faraday Cups used on the Spectr-R Spacecraft for Monitoring the Solar Wind / J. Vaverka [et al.] // WDS’11 Proceedings of Contributed Papers. – Рart II. – 2011. – Р. 34–39.

8. Brown, K.L. Faraday-Cup Monitors for High-Energy Electron Beams / K.L. Brown, G.W. Tautfest // Review of Scientific Instruments. – 1956. – Vol. 27 (9). – Р. 696–702. doi: 10.1063/1.1715674

9. Смалюк, В.В. Диагностика пучков заряженных частиц в ускорителях / В.В. Смолюк; под ред. чл.-корр. РАН Н.С. Диканского. – Новосибирск : Параллель, 2009. – 294 с.

10. Faraday cup for detecting plasma immersion-injection dose. Patent CN101615578 China, H01L21/265. Institute of microelectronics of Chinese academy of sciences. Patent Application no. CN20091304720. Priority date 23.07.2009. Date of publication 30.12.2009.

11. Мухуров, Н.И. Особенности формирования прецизионных чувствительных элементов датчиков космической плазмы / Н.И. Мухуров, И.В. Гасенкова, И.М. Андрухович // Нано- и микросистемная техника. – 2015. – № 1. – С. 48–56.

12. Сайт Совета РАН по космосу [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://stp.cosmos.ru. – Дата доступа: 05.06.2017.