N 15 (4055) от 8 апреля 2011:

• Главная тема номера:
  • К 50-летию полета Юрия Гагарина
  • "У каждого мгновенья свой черед..."
  • Нуклотрон ОИЯИ и российско-итальянская миссия в космосе
  • ОИЯИ и этапы "большого" космического пути
  • О сотрудничестве ОИЯИ и ИКИ РАН в исследованиях планет
  • Ярослав Голованов: "Просто очень хороший человек"
  • "Самое трудное и почетное - начинать новое"
• ОИЯИ - Сербия: новые договоренности
• Ученый, патриот, организатор
• Валентину Петровичу Зрелову - 85 лет
• О жилье, зарплате и конфиденциальности
• В честь основания ОИЯИ

Версия N 15 в формате pdf

Главная тема номера

Нуклотрон ОИЯИ и российско-итальянская миссия в космосе

В январе 2001 года дирекция Института поставила перед ЛВЭ задачу провести на высокоэнергетичных пучках ядер, выведенных из Нуклотрона, тестирование элементов аппаратуры, планируемой для установки на космическом корабле в рамках совместного российско-итальянского эксперимента PAMELA (a Payload to Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics). Конкретно имелась в виду проверка на радиационную стойкость ряда микрочипов, как уже смонтированных на электронных печатных платах, так и в виде отдельных образцов.

Любой космический аппарат подвергается излучению двух типов: ионизирующей радиации, неспособной проникать глубоко, так что умеренное число металлических защитных щитов снижает деструктивный эффект воздействия этого излучения (хотя и увеличивает массу корабля при запуске) и галактическим космическим лучам, представляющим собой в основном тяжелые ионы. Столкнувшись с этой разрушительной радиацией, инженеры десятилетиями усиливали схемные решения с помощью, например, тройной модульной избыточности. Суть этого - в использовании трех копий каждой цепи, связанных в одну по логике схемы. Если какая-либо копия повреждена радиацией и выдает неправильные значения сигналов, логика выбирает совпадающие данные от двух других цепей. Это требует втрое больше энергии, пространства и затрат.

Другая защитная методика подразумевает специальную технологию производства интегральных схем, "закаляющую" их от разрушения при действии радиации. Этот процесс повышает стоимость аппаратуры в 10-50 раз, но и в этом случае вероятность выхода системы из строя должна быть четко определена. Так что губительному воздействию тяжелых ионов противопоставить ничего другого пока нельзя, необходимо производить отбор и предварительное тестирование серийных чипов и гибридных микросхем в условиях, моделирующих реальное галактическое излучение. Максимум удельного энерговыделения в спектре этого излучения приходится на высокоэнергетические (1-2 ГэВ/нуклон) ионы железа (⁵⁶Fe²⁸⁺).

События в Дубне разворачивались достаточно быстро. Научный руководитель проекта PAMELA с итальянской стороны профессор П.Спиллантини в своем письме от 16 января 2001 года в дирекцию ОИЯИ сформулировал общую цель. А.Н.Сисакян, в то время вице-директор, выразив свою поддержку, адресовал письмо директору ЛВЭ А.И.Малахову, который поручил мне дальнейшую проработку, реальную организацию и выполнение этого эксперимента. Опуская все организационно-технические детали, которых было достаточно, могу сказать, что через три месяца первая серия тестов на Нуклотроне была выполнена. Наиболее интригующим оказалось то, что одна из важных микросхем не прошла тестирование, то есть утратила работоспособность после пропускания сквозь нее заданного количества ядер магния, ускоренных до энергии 1 ГэВ. После этого в коллаборации PAMELA сложилось однозначное понимание реальной необходимости подобных проверок, а также и более широкого использования нашей базовой установки для калибровки аппаратуры на различных пучках: альфа-частиц, ядер углерода, кислорода, магния.

Задача имела и политическое значение, поскольку членом экипажа космической станции, где планировалась установка этой аппаратуры, являлся и итальянский космонавт. Основываясь на успешных результатах 2001 года, руководство программы в январе 2002 года обратилось к директору ОИЯИ академику В.Г.Кадышевскому с просьбой о продолжении измерений на Нуклотроне по расширенной программе. Далее процесс шел по изложенной выше схеме. Опять же не вдаваясь в детали, приведу лишь выдержки из письма ответственного руководителя программы с итальянской стороны профессора П.Пикозза от 7 мая 2002 года В.Г.Кадышевскому: "Миссия МАРКО ПОЛО успешно стартовала,... оборудование летает и работает на МКС с астронавтом Роберто Виттори на борту... Я хотел бы поблагодарить вас и команду Нуклотрона за неоценимую поддержку этой миссии, позволив использовать ускоритель и экспериментальную базу в Дубне для проведения необходимых калибровок аппаратуры в очень сжатые сроки. Надеюсь, что начатое сотрудничество... будет и в будущем продолжаться для наших космических экспериментов".

По программе PAMELA было протестировано 60 образцов. Могу сказать, что за прошедшие годы Нуклотрон как база для подобных исследований приобрел новые качества. Были ускорены ядра аргона (⁴⁰Ar²⁰⁺), железа (⁵⁶Fe²⁸⁺) и даже очень тяжелые частицы - ионы ксенона (¹²⁴Хe⁴⁴⁺). Интенсивности пучков достаточны для того, чтобы моделирование вероятности выхода из строя микрочипов при воздействии нескольких циклов сброса пучка соответствовало годовому пребыванию изделия на орбите. За 1000 часов работы ускорителя, например, может быть протестировано 100-120 тысяч образцов микросхем при соответствующей автоматизации процесса облучения. Так что имеющийся потенциал вполне достаточен.

В завершение хотел бы выразить благодарность всем тем, кто обеспечивал при этом работу Нуклотрона, настройку пучка, проведение тестов, особенно В.А.Мончинскому, В.И.Волкову, А.В.Бутенко, П.А.Рукояткину.

Александр КОВАЛЕНКО