Космические научные проекты Китая

в 7:47, , рубрики: гамма-излучение, квантовая запутанность, китай, космонавтика, космос, наука, Научно-популярное, солнце, спутник, телескоп, тёмная материя

Космические научные проекты Китая - 1

Перевод статьи из журнала «Международный космос» 《国际太空》январь 2015, стр. 17-25.
Журнал принадлежит китайской космической научно-технической корпорации, а статья является отчетом научной команды ведущих стратегических научных космических проектов академии наук Китая.

Ведущие проекты Китая в области космических наук

Китай собственными силами, а также с международным сотрудничеством, запланировал выполнить следующие проекты:

  1. Hard X-ray Modulation Telescope (HXMT, 硬X射线调制望远镜), телескоп для работы с жестким рентгеновским излучением.
  2. Quantum Experiments on Space Scale (QUESS, 量子科学实验卫星), спутник для проведения квантовых экспериментов в космическом масштабе.
  3. Dark Matter Particle Explorer (DAMPE, 暗物质粒子探测), аппарат для поиска частиц темной материи.
  4. ShiJian-10 (SJ-10, 实践-10) «Практика-10» — исследовательский возвращаемый спутник для исследования космической среды.
  5. Проект «Куа-фу» — наблюдение за Солнцем (夸父计划)

Hard X-ray Modulation Telescope (HXMT)

Космические научные проекты Китая - 2

Электрические испытания

Космические научные проекты Китая - 3

Испытание телескопа в собранном состоянии

Источники рентгеновского излучения это небесные тела, в которых происходят высокоэнергетические процессы, они горячие, имеют большую плотность, мощное магнитное поле, сильно гравитационное поле и т.п., то есть связаны с экстремальными физическими условиями. Основные способы его изучения это изучение черных дыр, нейтронных звезд и им подобных небесных тел. Земная атмосфера поглощает рентгеновское излучение, поэтому такие наблюдения могут проходить только за ее пределами.

В 1970 году США запустила первую орбитальная рентгеновскую обсерваторию (предыдущие эксперименты по исследованию рентгеновского излучения небесных источников проводились исключительно на суборбитальных ракетах). Этот аппарат позволил изучать рентгеновское излучение, открыл для человечества новое окно космических наблюдений.

В 1993 году академик Ли Тибэй (李惕碚) предложил проект создания телескопа Hard X-ray Modulation Telescope (HXMT, 硬X射线调制望远镜) с целью изучению рентгеновского излучения в широком диапазоне (1~250 кэВ), изучения свойств черных дыр, физических законов в экстремальных условиях, сверхмассивных черных дыр и других источников высокоэнергетического излучения, а также изучения свойств фонового рентгеновского излучения. Посредством наблюдения за черными дырами, нейтронными звездами, активными галактиками и т.д. проанализировать искривления света, свойства энергетических спектров, изучить динамику процессов высокоэнергетического излучения, происходящих под воздействием сильного гравитационного поля черных дыр и других космических тел большой плотности.

Полная масса HXMT 2700 кг., планируется вывести на круговую орбиту ракетой-носителем Великий поход-4B. Наклонения орбиты 43°, высота 550 км. Телескоп рассчитан на четырехлетний срок службы, имеет режим наблюдения фиксированной точки, а также режим патрулирования. Полезная нагрузка включает: телескоп высокоэнергетического рентгеновского излучения (HE), средней энергии (ME) и телескоп низкоэнергетического рентгеновского излучения (LE), а также систему мониторинга космической среды (SEM). Параметры (HE): сцинтилляторы NaI(Tl) и CsI(Na), 20~250 кэВ. Параметры (ME) Si-PIN 952 см, 5~30 кэВ. Параметры (LE): SCD 384 см, 1~15кэВ.

В 2013 году проект HXMT вступил в конечную фазу разработки аппарата. После запуска телескоп должен
осуществить наблюдения жесткого рентгеновского излучения с высокой чувствительностью и с высокой разрешающей способностью, обнаружить новые космические тела и явления высокоэнергетического излучения. Текущая запланированная дата запуска — конец 2015 года. Более подробные технические характеристики можно посмотреть в байдупедии.

Космические научные проекты Китая - 4

Модель главной полезной нагрузки HXMT

Quantum Experiments on Space Scale (QUESS)

Космические научные проекты Китая - 5

Схематическое изображение квантового распределения ключей (QKD) с подвижной платформы над озером Цинхай

QUESS это спутник для проведения экспериментов с технологией передачи квантовой информации.
Квантовая механика основана в 20 веке, сегодня в рамках информационных технологии занимаются изучением квантового распределения ключей (QKD), проверкой неравенства Белла и квантовой телепортацией. В международной сфере сильные развитые страны и регионы в равной мере инвестируют массу человеческих и материальных ресурсов, развивают практические и теоретические исследования теории квантовой передачи данных, готовятся проводить эксперименты квантовой передачи данных между объектом на орбите и на Земле.

В последние несколько лет коллектив под руководством китайского академика Пань Дзянвэй (潘建伟) ведут работы в области квантовой запутанности, квантовой передачи данных и квантовой телепортации в свободном пространстве, и получают превосходные результаты международного масштаба. Создали прочный фундамент экспериментальной проверки теории квантовой связи на больших расстояниях и квантовой механики.

Задача QUESS — это обеспечение платформы для экспериментов квантовой передачи данных на больших расстояниях, впервые в истории генерировать квантовые ключи и осуществить передачу между спутником и Землей на космическом расстоянии. Изучение проблем квантовой теории и проверка нелокальности, имеют важные научные и практические цели, рассчитаны получить заметные результаты на международной арене в области изучения основ квантовой механики.

Общая масса спутника 620 кг. Выводить собираются при помощи Великий поход-2D, предполагается работа на солнечно-синхронной орбите высотой 600 км, наклонение 97.79°. Плановая продолжительность работы спутника 2 года. Полезная нагрузка: устройство передачи квантовых ключей, передатчик запутанных квантовых состояний, устройство получения квантовой запутанности и контроля за экспериментом.

В конце 2012 года проект QUESS вступил в начальную стадию разработки аппарата, а в 2014 году завершены ключевые моменты разработки.

Космические научные проекты Китая - 6

Модель полезной нагрузки QUESS

Dark Matter Particle Explorer (DAMPE)

Космические научные проекты Китая - 7

Рисунок DAMPE на орбите

Dark Matter Particle Explorer (DAMPE) это спутник с целью поиска частиц темной материи. Обладая гравитационными эффектами черная материя подтверждает свое существование, однако не может быть обнаружена посредством электромагнитных волн, этот факт является одной из давних проблем физики элементарных частиц и космологии, изучение темной материи может повлечь за собой огромный прорыв в фундаментальных науках.

DAMPE это первый астрономический спутник Китая. С помощью наблюдений электронов с высокой энергией, гамма излучений с высокой разрешающей способностью, в широком волновом диапазоне возможно обнаружить частицы темной материи и сделать прорыв в области их изучения.

Задачи проекта: Посредством наблюдений в диапазоне 1012 ТэВ и более за электронами с высокими энергиями и тяжелыми элементарными частицами сделать прорыв в исследованиях космических лучей; Посредством наблюдений гамма излучений сделать вклад в развитие гамма-астрономии;

Общая масса спутника DAMPE не превосходит 1900 кг., планируется вывод на орбиту при помощи ракеты-носителя Великий поход-2D. Орбита солнечно-синхронная, высота 500 км, наклонение 97.4°, плановый срок службы 3 года. Полезная нагрузка: массив кремниевых детекторов, массив сцинтилляционных детекторов, детектор BGO (Bismuth germanate), детектор нейтронов и устройство управления данными.

В сентябре 2014 года проект DAMPE завершил разработку испытательного образца, прошел испытания на воздействие окружающей среды, в октябре 2014 года проект вступил в конечную фазу разработки спутника.

Космические научные проекты Китая - 8

Модель полезной нагрузки

Космические научные проекты Китая - 9

Опытный образец спутника на испытаниях в термальной вакуумной камере

Космические научные проекты Китая - 10

Опытный образец в ЦЕРНе проходит испытания калибровки

ShiJian-10 (SJ-10) «Практика-10»

Космические научные проекты Китая - 11

Рисунок спутника ShiJian-10 на орбите

Практика-10 это проект выдвинутый академиком Ху Венжуем (胡文瑞), главной задачей которого является постановка экспериментов в области микрогравитации, биологии, раскрытие особенностей законов движения материи и жизнедеятельности в условиях микрогравитации и космического излучения, другие цели проекта — в полной мере использовать оставшуюся на орбите часть и возвращаемую часть, развернуть разнообразные космические научные эксперименты.

Общая масса спутника 3600 кг. Планируется вывод ракетой-носителем Великий поход-2D, наклонение орбиты 63°, перигей орбиты 220 км, апогей 482 км. Планируемый срок работы аппарата на орбите 15 дней. Практика-10 в общей сложности проводит на борту 19 научных экспериментов, в их числе эксперименты в области физики микрогравитации жидкостей, горения в условиях микрогравитации, космическое материаловедение, биологический эффект космического излучения, биологический эффект гравитации. 6 экспериментов в области космических биотехнологий, 10 экспериментов в области микрогравитации, 9 экспериментов в области космобиологии.

В конце 2014 года проект SJ-10 вышел на финальную стадию разработки спутника.

Космические научные проекты Китая - 12

Модель SJ-10 слева и модель возвращаемой части спутника справа

Космические научные проекты Китая - 13

Проект SJ-10 на стадии разработки

Проект «Куа-фу»

Космические научные проекты Китая - 14

Схема расположения спутников проекта «Куа-фу» на орбите

Проект «Куа-фу» (夸父计划) — проект по наблюдению за Солнцем (Куа-фу великан в древнекитайской мифологии, который хотел догнать и поймать солнце).

Солнце являясь главным космическим телом в солнечной системе имеет огромное значение и влияние на планеты и пространство между ними. В настоящее время человечество запланировало запуск более 10 спутников для изучения космического пространства между Землей и Солнцем. Их задачей является изучение факторов влияющих на формирование космической погоды. В их числе обсерватория наблюдения за Солнцем и гелиосферой (SOHO), проекты «Кластер»/«Двойная звезда» (“星簇”计划/“双星”计划). Однако проект «Куа-фу» это первый спутник проводящий одновременный мониторинг за космической погодой и в точке L1 Земли-Солнца и на орбите Земли.

Проект направлен на непрерывный мониторинг за процессами формирования космической погоды в системе Солнце-Земля, на изучение процесса передачи вещества и энергии и их взаимодействие. Улучшить точность прогнозирования космической погоды и ускорить изучение физики взаимодействия солнца с Землей.

«Куа-фу» это международный проект, Китай ответственнен за спутник в точке Лагранжа L1 — Куа-фу-A. Задачей зарубежных партнеров являются спутники Куа-фу-B1 и Куа-фу-B2. В связи с факторами, влияющими на международную экономическую обстановку, которые невозможно предсказать, зарубежные партнеры ещё не реализовали своей части проекта «Куа-фу». В настоящее время проект временно отложен.

Второстепенные научные космические проекты

Главной задачей второстепенных проектов является отобрать из уже реализованных миссий идеи, имеющие наибольшее научное значение, и на их основе сделать подготовительную работу к проектам следующей пятилетки.

В 2011 году выбраны следующие второстепенные проекты: проект группировки малых спутников «взаимодействие магнитосферы-ионосферы-термосферы» (MIT), спутник «измерение изменения гамма излучения и его поляризации» (XTP), массив VLBI космических миллиметровых волн (SVLBI) и проект телескопа для получения снимков на солнечной полярной орбите (SPORT).

В 2013 году выбраны следующие проекты: проект поиска планет земной группы (STEP), передовая солнечная обсерватория космического базирования (ASO-S), зонд Эйнштейн (EP) и спутник для наблюдения за глобальным груговоротом воды (WCOM).


Перевод описания второстепенных проектов я уже не стал делать.
Ссылки:
Сама статья в pdf (кит., 2.6 Мб)
Также есть два интересных китайских журнала, бесплатно можно посмотреть только первые несколько страниц и при условии что вы в браузер поставите их плагин:
Журнал «Международный космос»
Журнал «Космические исследования»
Ссылки для тех, кто пропустил статьи о космонавтике Китая на Geektimes:
Китайская космическая программа: собственный марсоход, космическая станция к концу следующей пятилетки + тяжелая ракета-носитель
История китайской космонавтики
Это мой первый перевод с китайского, об ошибках и неточностях пожалуйста пишите в личку.

Автор: amuralex

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля