Космический детектор НАТАЛИЯ для исследования гамма-излучения

В лаборатории геокосмических исследований НИЯУ МИФИ создан прототип компактного прибора для малых космических аппаратов (кубсатов). В основе детектора — гамма-спектрометр, который также доработан для регистрации потоков заряженных космических лучей.

Как рассказал руководитель лаборатории, доцент кафедры №7 Экспериментальной ядерной физики и космофизики НИЯУ МИФИ Андрей Майоров, идея прибора заключается в том, чтобы «миниатюризировать» аппаратуру крупных обсерваторий. Размеры прибора не превышают 1U (10×10×10 см), при этом он устанавливается на внешней поверхности спутника CubeSat 3U (от компаний «Спутникс» и «Геоскан»). «Это даже к лучшему, потому что мы оказываемся за пределами космического аппарата, что сокращает фон вторичных частиц, возникающих при взаимодействии первичного космического излучения с веществом спутниковой платформы», — отмечает Андрей Майоров.

Основой детектора служит крупный кристалл йодида цезия (CsI(Tl)), способный поглощать космическую радиацию и космические лучи в диапазоне энергии от 0.15 до 15 МэВ. Важной задачей разработчиков было различить, когда через детектор проходит фотон электромагнитного излучения (гамма или рентгена) и когда — заряженная частица. Для этого детектор окружается системой детекторов заряженных частиц — так называемой системой антисовпадений. «Заряженная частица оставляет сигнал в системе антисовпадений, а гамма-квант — нет, — поясняет ученый. — Поэтому если в антисовпадениях сигнал есть, значит, через прибор прошла заряженная частица. Если мы регистрируем электромагнитное излучение, то такое событие для нас является фоном и мы его отбрасываем. Если же нас интересуют заряженные космические лучи — сохраняем».

Прибор работает в режиме счета отдельных событий, однако в областях с очень высокой загрузкой (например, в области внутреннего радиационного пояса) аппаратура не сможет корректно анализировать каждое отдельное событие. Поэтому для таких зон предусмотрена система исключения: в этих областях прибор не записывает отдельные события, а продолжает работать в других режимах, в частности, составляет временные ряды событий в виде гистограмм.

Серия приборов разработана при поддержке Фонда содействия инновациям и в рамках федеральной программы «Кадры для космоса», в связи с чем часть команды разработчиков составляют студенты и даже школьники, которые участвуют в разработке аппаратуры на разных стадиях. При этом прибор будет использоваться не только как образовательная платформа, но и для решения научных задач, таких как наблюдение приходящего к нам от внегалактических объектов гамма-излучения, солнечных вспышек, земных гамма-вспышек и земного альбедо.

Уникальность разработанного детектора заключается прежде всего в его миниатюрности. Например, прибор PAMELA (работал на орбите на спутнике «Ресурс-ДК1» в 2006–2016 гг.) весил около 470 кг. По сравнению с аппаратами такого класса, способными поглощать частицы с энергиями в сотни и тысячи мегаэлектронвольт, новый миниатюрный детектор работает в области низких энергий, но они тоже представляют заметный научный интерес.

Кроме того, по мнению Андрея Майорова, детекторы, установленные на спутнике-кубсате, могут работать не только сами по себе, но и включаться в крупные астрономические проекты, играя роль, например, «подсказчика» для мощных наземных и космических обсерваторий, указывая для них секторы неба, где происходят интересные астрофизические события.

Запуск трех приборов НАТАЛИЯ в космос запланирован на 2027 год.