Новые результаты исследования радиации на борту TGO Экзомарс в 2018–2023 г.

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье дано краткое описание дозиметра Liulin-MO, который входит в состав прибора FREND (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector), установленного на космическом аппарате TGO (Trace Gas Orbiter) миссии ExoMars-2016. С апреля 2018 г. TGO работает на орбите вокруг Марса. Представлены данные о радиационной обстановке на орбите Марса на фазе спада 24-го цикла солнечной активности и фазе роста 25-го цикла. В рассматриваемый период наблюдался максимум потока и мощности дозы, обусловленный галактическими космическими лучами (ГКЛ). В период с июля 2021 г. по март 2023 г. дозиметром Люлин-МО зарегистрировано восемь возрастаний потоков частиц и мощности дозы от солнечных протонных событий (СПС). Представлены данные о радиационной обстановке во время СПС на орбите Марса в июле 2021 г. – марте 2022 г., когда Марс находился на противоположной по отношению к Земле стороне от Солнца. Проведено сравнение потоков частиц, измеренных на орбитах около Земли и Марса.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Й. Семкова

Институт космических исследований и технологии Болгарской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: jsemkova@stil.bas.bg
Болгария, София

В. Бенгин

Государственный научный центр Российской Федерации Институт медико-биологических проблем РАН

Email: v_benghin@mail.ru
Россия, Москва

Р. Колева

Институт космических исследований и технологии Болгарской академии наук

Email: jsemkova@stil.bas.bg
Болгария, София

К. Крастев

Институт космических исследований и технологии Болгарской академии наук

Email: jsemkova@stil.bas.bg
Болгария, София

Ю. Матвейчук

Институт космических исследований и технологии Болгарской академии наук

Email: jsemkova@stil.bas.bg
Болгария, София

Б. Томов

Институт космических исследований и технологии Болгарской академии наук

Email: jsemkova@stil.bas.bg
Болгария, София

Н. Банков

Институт космических исследований и технологии Болгарской академии наук

Email: jsemkova@stil.bas.bg
Болгария, София

С. Малчев

Институт космических исследований и технологии Болгарской академии наук

Email: jsemkova@stil.bas.bg
Болгария, София

Ц. Дачев

Институт космических исследований и технологии Болгарской академии наук

Email: jsemkova@stil.bas.bg
Болгария, София

В. Шуршаков

Государственный научный центр Российской Федерации Институт медико-биологических проблем РАН

Email: v_benghin@mail.ru
Россия, Москва

С. Дробышев

Государственный научный центр Российской Федерации Институт медико-биологических проблем РАН

Email: v_benghin@mail.ru
Россия, Москва

И. Митрофанов

Институт космических исследований РАН

Email: mitrofanov@np.cosmos.ru
Россия, Москва

Д. Головин

Институт космических исследований РАН

Email: mitrofanov@np.cosmos.ru
Россия, Москва

А. Козырев

Институт космических исследований РАН

Email: mitrofanov@np.cosmos.ru
Россия, Москва

М. Литвак

Институт космических исследований РАН

Email: mitrofanov@np.cosmos.ru
Россия, Москва

М. Мокроусов

Институт космических исследований РАН

Email: mitrofanov@np.cosmos.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Мирошниченко Л.И., Петров В.М. Динамика радиационных условий в космосе. М.: Энергоатомиздат, 1985. 148 с.
  2. Митрофанов И.Г., Литвак М.Л., Санин А.Б., Семкова Й.В., Дачев Ц.П. Оценка нейтронной компоненты радиационного фона в кратере Гейл на Марсе // Астрон. вестн. 2023. T. 57. № 3. С. 199–208. https://doi.org/10.31857/S0320930X2303007. (Mitrofanov I. G., Litvak M. L., Sanin A. B., Semkova I. V., Dachev Ts. P. Estimation of the Neutron Component of the Radiation Background in the Gale Crater on Mars // Sol. Syst. Res. 2023. V. 57. № 3. P. 191–199.)
  3. Панасюк М.И., Новиков Л.С. (Ред.) Модель космоса: Научно-информационное издание. Т. 1. Гл. 3. Физические условия в космическом пространстве. М., 2007. С. 417–667.
  4. Шафиркин А.В., Григорьев Ю.Г. Межпланетные и орбитальные полеты. Радиационный риск для космонавтов. Радиобиологическое обоснование. М.: Экономика, 2009. 639 с.
  5. Brueckner G.E., Howard R.A., Koomen M.J., Korendyke C.M., Michels D.J., Moses J.D., Socker D.G., Dere K.P., Lamy P.L., Llebaria A., and 5 co-authors, The Large Angle Spectroscopic Coronagraph (LASCO) // Sol. Phys. 1995. V. 162. P. 357–402. https://doi.org/10.1007/BF00733434
  6. Durante M., Cucinotta F.A. Physical basis of radiation protection in space travel // Rev. Modern Phys. 2011. V. 83. № 4. P. 1245–1281.
  7. Frank G.M., Saksonov P.P., Antipov V.V., Dobrov N.N. Radiobiological problems of space flights // Proc. 1st Int. Symp. on “Basic environmental problems of man in space”, Paris, 1962 / Ed. Bjurstedt H. Wien – New York: Springer Sci., 1965. P. 254–266.
  8. Gieseler J., Dresing N., Palmroos C., von Forstner J.L.F., Price D.J., Vainio R., Kouloumvakos A., Rodríguez-García L., Trotta D., Génot V., Masson A., Roth M., Veronig A., Solar-MACH: An open-source tool to analyze solar magnetic connection configurations // Front. Astron. Space Sci. 2022. V. 9. https://doi.org/10.3389/fspas.2022.1058810
  9. Gopalswamy N., Yashiro S., Michalek G., Stenborg G., Vourlidas A., Freelan, S., Howard R., The SOHO/LASCO CME Catalog // Earth, Moon, and Planets. 2009. V. 104. P. 295–313. https://doi.org/10.1007/s11038-008-9282-7
  10. Grigoriev Yu., Guskova A.K., Domshlak M., Wysocki V.G., Raevskaya S.A., Markelov B.A., Darenskay N. The problem for establish of a limits doses to cosmonauts // Proc. XVI-th Int. Astronautical Congress. Athens, Sеpt. 13–18, 1965. V. 4. P. 145–161.
  11. Guo J., Zeitlin C., Wimmer-Schweingruber R.F., Rafkin S., Hassler D.M., Posner A., Heber, B., Köhler, J., Ehresmann B., Appel J. K., and 8 co-authors, Modeling the variations of dose rate measured by RAD during the first MSL Martian year: 2012–2014 // Astrophys. J. 2015. V. 810. № 1. id. 24.
  12. Guo J., Zeitlin C., Wimmer-Schweingruber R., Hassler D.M., Köhler J., Ehresmann B., Böttcher S., Böhm E., Brinza D.E. Measurements of the neutral particle spectra on Mars by MSL/RAD from 2015-11-15 to 2016-01-15 // Life Sci. Space Res. 2017. V. 14. P. 12–17.
  13. Guo J., Zeitlin C., Wimmer-Schweingruber R.F., Hassler D.M., Ehresmann B., Rafkin S., von Forstner, F. J. L.; Khaksarighiri S.; Liu W.; Wang Y., Radiation environment for future human exploration on the surface of Mars: The current understanding based on MSL/RAD dose measurements // Astron. and Astrophys. Rev. 2021. V. 29. № 1. P. 1–81. https://doi.org/10.1007/s00159-021-00136-5.
  14. Guo J., Li X., Zhang J., Dobynde M. I., Wang Y., Xu Z., Berger T., Semkova Y., Wimmer-Schweingruber R. F., Hassler D., Zeitlin C. Ehresmann B., Matthiä D., Zhuang B., The first ground level enhancement seen on three planetary surfaces: Earth, Moon, and Mars // Geophys. Res. Lett. 2023. V. 50. № 15. id. 2023GL103069. https://doi.org/10.1029/2023GL103069
  15. Hassler D. M., Zeitlin C., Wimmer-Schweingruber R.F., Ehresmann B., Rafkin S., Eigenbrode J. L., Brinza D. E., Weigle G., Böttcher S., Böhm E., and 14 co-authors, Mars’ surface radiation environment measured with the Mars Science Laboratory’s Curiosity rover // Science. 2014. V. 343. № 6169. id. 1244797. https://doi.org/10.1126/Science.1244797
  16. Howard R. A., Moses J. D., Socker D. J., Dere K. P., Cook J. W., SECCHI Consortium. Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation (SECCHI) // Adv. Space Res. 2002. V. 29. № 12. P. 2017–2026. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(02)00147-3
  17. Litvak M.L., Sanin A.B., Mitrofanov I.G., Bakhtin B., Jun I., Martinez-Sierra L. M.., Nosov A., Perkhov A. S., Mars neutron radiation environment from HEND/Odyssey and DAN/MSL observations // Planet. and Space Sci. 2020. V. 184. id. 104866. https://doi.org/10.1016/j.pss.2020.104866
  18. Litvak M.L., Mitrofanov I.G., Sanin A.B., Bakhtin B., Golovin D. V., . Zeitlin C. Observations of neutron radiation environment during Odyssey cruise to Mars // Life Sci. Space Res. 2021. V. 29. P. 53–62. https://doi.org/10.1016/j.lssr.2021.03.003
  19. Mitrofanov I., Maklahov A., Bakhtin B., Golovin D., Kozyrev A., Litvak M., Mokrousov M., Sanin A., Tretyakov V., Vostrukhin A., and 12 co-authors Fine Resolution Epithermal Neutron Detector (FREND) onboard the Trace Gas Orbiter // Space Sci. Rev. 2018. V. 214. id. 86. https://doi.org/10.1007/s11214-018-0522-5
  20. National Research Council. 1967. Radiobiological Factors in Manned Space Flight. Washington, DC: The National Academies Press. https://doi.org/10.17226/12407
  21. National Research Council. 1970. Radiation Protection Guides and Constraints for Space-Mission and Vehicle-Design Studies Involving Nuclear Systems. Washington, DC: The National Academies Press. https://doi.org/10.17226/12393
  22. Semkova J., Koleva R., Benghin V., Dachev T., Matviichuk Yu., Tomov B., Krastev K., Maltchev St., Dimitrov P., Mitrofanov I. and 14 co-authors, Charged particles radiation measurements with Liulin-MO dosimeter of FREND instrument aboard ExoMars Trace Gas Orbiter during the transit and in high elliptic Mars orbit // Icarus. 2018. V. 303. P. 53–66. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2017.12.034
  23. Semkova J., Semkova J., Koleva R., Benghin V., Dachev T., Matviichuk Yu., Tomov B., Krastev K., Maltchev S., Dimitrov P., Bankov N., and 12 co-authors. Results from radiation environment measurements aboard ExoMars Trace Gas Orbiter in Mars science orbit in May 2018 – December 2019 // Icarus. 2021. V. 361. id. 114264. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2020.114264
  24. Zeitlin C., Hassler D.M., Cucinotta F.A., Ehresmann B., Wimmer-Schweingruber R.F., Brinza D.E., Kang S., Weigle G., Böttcher S., Böhm E., and 7 co-authors. Measurements of energetic particle radiation in transit to Mars on the Mars Science Laboratory // Science. 2013. V. 340. P. 1080–1084. https://doi.org/10.1126/science.1235989

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение расположения детекторов в приборе Liulin-MO (Semkova и др., 2021).

Скачать (157KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расположение дозиметра Liulin-MO на приборе FREND.

Скачать (157KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Функции экранированности детекторов (левая панель) и соответствующие им зависимости эффективной площади регистрации протонов от их энергии (правая панель).

Скачать (137KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Солнечная активность в периоды времени проведения измерений прибором Liulin-MO. Затененные области показывают периоды измерений Liulin-MO: на трассе перелета, МСО1 и МСО2 – левый прямоугольник, и на научной, круговой орбите Марса – правый прямоугольник.

Скачать (362KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Графики среднесуточных значений потоков частиц и мощности дозы радиации, измеренные прибором Liulin-MO.

Скачать (251KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Взаимное расположение Солнца, Земли, Марса и модельных силовых линий межпланетного магнитного поля, связывающих Землю и Марс с Солнцем 28 октября 2021 г.

Скачать (120KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость от времени потока протонов у Земли и потока частиц, измеренных около Марса. Кривая – поток протонов с энергией больше 50 МэВ, зарегистрированных у Земли на КА GOES-16. Точки – поток частиц, измеренных парой детекторов А и В прибора Liulin-MO около Марса.

Скачать (102KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Мощности дозы в кремнии (верхняя панель) и накопленные дозы в воде от солнечных энергичных частиц (нижняя панель), измеренные в различных точках Солнечной системы во время СПС 28 октября 2021 г. Данные взяты из работы (Guo и др., 2023). Обозначения снизу вверх соответствуют: прибору RAD, работающему на поверхности Марса, прибору Liulin-MO на орбите вокруг Марса, прибору RAMIS, работающему на полярной орбите у Земли, прибору LND, работающему на лунной поверхности, прибору CRaTER на лунной орбите.

Скачать (265KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Взаимное расположение Солнца, Земли, Марса и модельных силовых линий межпланетного магнитного поля, связывающих Землю и Марс с Солнцем 15 февраля 2022 г.

Скачать (122KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Сопоставление потоков частиц, зарегистрированных на КА GOES и ExoMars во время СПС 15 февраля 2022 г. Кривая – поток протонов с энергией больше 50 МэВ, зарегистрированных у Земли на КА GOES-16. Точки – поток частиц, измеренных парой детекторов А и В прибора Liulin-MO около Марса.

Скачать (118KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Взаимное расположение Солнца, Земли, Марса и модельных силовых линий межпланетного магнитного поля, связывающих Землю и Марс с Солнцем 24 и 25 февраля 2023 г.

Скачать (91KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Сопоставление потоков частиц, зарегистрированных на КА GOES-16 и ExoMars во время СПС 24–25 февраля 2023 г. Кривые – потоки протонов с энергией больше 50 МэВ и больше 100 МэВ соответственно, зарегистрированных у Земли на КА GOES-16. Точки – поток частиц, измеренных парой детекторов А и В прибора Liulin-MO около Марса.

Скачать (141KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024