Разработка и изготовление прототипов многоцелевых компактных детекторов ионизирующего и нейтрального излучения, включая электромагнитные транзиенты, для использования в составе полезной нагрузки роя наноспутников в целях контроля экологии и мониторинга радиационной обстановки в верхних слоях атмосферы и в околоземном космическом пространстве

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-42-10005

НазваниеРазработка и изготовление прототипов многоцелевых компактных детекторов ионизирующего и нейтрального излучения, включая электромагнитные транзиенты, для использования в составе полезной нагрузки роя наноспутников в целях контроля экологии и мониторинга радиационной обстановки в верхних слоях атмосферы и в околоземном космическом пространстве

Руководитель Июдин Анатолий Федорович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №73 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (БРФФИ)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-503 - Ионосферная и космическая плазма

Ключевые слова сцинтиллятор, разупорядоченный кристалл, радиационная обстановка, космическое пространство, гамма-всплески, источники гравитационных волн

Код ГРНТИ29.27.43 29.15.35 29.35.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Одним из перспективных направления развития спутниковых систем является использование роя нано-спутников, позволяющее получение и обработку информации с больших объемов околоземного пространства и площадей земной поверхности. При этом принципиальными требованиями к детекторам на борту роя нано-спутников являются миниатюризация сенсоров и сохранение их длительной работоспособности. Использование роя позволит помимо прикладных измерений, выполнить исследования в области определения природы электромагнитных транзиентов астрофизического и земного происхождения, включая природу и механизмы генерации энергии в источниках гамма-всплесков, определения природы и локализации источников гравитационных волн по их электромагнитному излучению, а также продвинуться в поиске подтверждений существования пространственно-временных квантовых структур. Дополнительно, применение новых типов сцинтилляционных детекторов на борту роя наноспутников позволит существенно продвинуться в понимании механизмов возникновения высотных электромагнитных разрядов, ускорения частиц в них и генерации всплесков жесткого электромагнитного излучения. Сцинтилляционные детекторы ионизирующего излучения широко используются в измерениях в космическом пространстве. Общей тенденцией дальнейшего улучшения характеристик сцинтилляционных материалов является совмещение проектирования их состава с управлением свойствами на наноуровне с целью обеспечения оптимального набора свойств для регистрации определенного вида ионизирующего излучения. Это позволяет за счет управления композиционной сложностью материалов одного структурного типа существенно сократить номенклатуру материалов, обеспечивающих выполнение различных измерительных задач. Многоцелевое использование обеспечивается применением группы материалов с различным составом, но с одинаковой структурой или, по крайней мере, пространственной симметрией и, с возможность адаптации функциональных свойств в зависимости от конкретного применения за счет вариаций состава, микро-/(нано)/(элементарной ячейки)-структуры и т. д. Композиционное усложнение материалов за счет увеличения количества катионов, конкурирующих за занятие соответствующей позиции локализации в кристаллическом соединении неизбежно вносит в кристалл разупорядочение. Катионный беспорядок сосуществует с общими свойствами кристаллической системы, которые поддерживаются упорядоченной анионной подрешеткой, что делает такие атомные системы весьма отличными от аморфного состояния вещества. Предварительные результаты и теоретическое исследование привели авторов предложения к идее, что композиционный беспорядок в кристаллической материалах, используемых для фотоники, обеспечивает более быструю и эффективную передачу электронных возбуждений к центрам люминесценции, накопление электронных возбуждений в катионной подсистеме и управление параметрами излучательной релаксации. Использование таких материалов в запускаемом в космос измерительном оборудовании для регистрации ионизирующего или нейтрального излучения, включая электромагнитные транзиенты, позволяет провести дополнительную оптимизацию массо-габаритных параметров детекторной части, а также расширить измерительную базу для фундаментальных космических исследований, включая регистрацию источников гравитационных волн по их электромагнитному излучению и поиск подтверждений существования пространственно-временных квантовых структур. К применению сцинтилляционных детекторов в космическом пространстве предъявляются жесткие требования. Сцинтилляторы для применения на спутниках в околоземном и космическом пространствах должны обеспечивать минимально возможные массо-габаритные параметры, обеспечивая при этом стабильно высокие спектрометрические характеристики при регистрации ионизирующего излучения различной природы, иметь быструю кинетику высвечивания и обладать повышенной радиационной стойкостью, а также иметь приемлемый уровень индуцированной фосфоресценции за счет генерации радио-изотопов в материале детектора. Одним из классов таких материалов являются кристаллические соединения со структурой граната. По нашему мнению, такой набор физических и рабочих характеристик может быть достигнут путем использования сцинтилляторов из группы (Gd,Lu,Y)3Al2Ga3O12, активированных ионами церия Се Отличительной особенностью сцинтилляторов группы (Gd,Lu,Y)3Al2Ga3O12, активированных ионами церия Се является высокий выход сцинтилляций в широком диапазоне температур, быстрая кинетика их высвечивания, феноменальная радиационная стойкость, которая была продемонстрирована как при облучении протонами, так и электронами. Нами была установлена высокая линейность выхода сцинтилляций в детекторах на основе кристаллов Gd3Al2Ga3O12:Ce при использовании различных фотоприемников, а также энергетическое разрешение, превышающее аналогичный показатель для широко используемого сцинтилляционного кристалла NaI(Tl). Мы предполагаем что перечисленные выше параметры могут быть улучшены в случае тонкой подстройки состава кристалла в катионной подсистеме (Gd,Lu,Y), и с одновременной подстройкой чувствительности детекторного материала к различным видам ионизирующего излучения. Это позволяет надеяться на возможность создания нового поколения сцинтилляционных материалов. Целью проекта является разработка и исследование применимости сцинтилляционных материалов нового поколения в детекторах излучений, в том числе для измерений на космических аппаратах с целью мониторинга радиационной обстановки в верхних слоях атмосферы и ионосферы, а также для фундаментальных космических исследований, включая регистрацию источников гравитационных волн по их электромагнитному излучению и поиск подтверждений существования пространственно-временных квантовых структур. В рамках проекта будут решены следующие задачи. 1. Анализ структуры и вариаций полей ионизирующего излучения в верхних слоях атмосферы и ионосфере, выработка требований к чувствительности и спектрально-временным характеристикам детекторов для измерений этих полей и их вариаций. 2. Оптимизация состава сцинтилляционного материала на основе церий-гадолиний иттрий-лютеций-алюминий-галлиевого граната для регистрации нейтронов, гамма-квантов и рентгеновского излучения. 3.Оптимизация состава сцинтилляционного материала с целью уменьшения эффектов фосфоресценции и удержания уровня послесвечения на приемлемом уровне при длительном облучении в условиях космического пространства. 4. Сравнение конструкционных решений сцинтилляционного элемента для определения оптимальной эффективности и стабильности характеристик сцинтиллятора при регистрации нейтральной и электромагнитных составляющих ионизирующего излучения. 5. Оптимизация состава детектора включая фотоприемник и электронику для первичной аналоговой и цифровой обработки сигнала детектора. 6. Создание прототипа детекторного модуля. 7. Испытания прототипа с различными типами ионизирующего излучения, близкими по своим характеристикам к компонентам радиационной нагрузки в верхних слоях атмосферы и в ионосфере. 8. Разработка технических предложений по включению детекторов в состав полезной нагрузки роя наноспутников для проведения измерений в верхних слоях атмосферы и в ионосфере. 9. Оценка достижимых физических результатов получаемых роем наноспутников на околоземных орбитах оснащенных разработанными в данном проекте детекторами в качестве полезной нагрузки. Актуальность работы обусловлена тем, что будут получены новые знания о возможности создания многоцелевых детекторов для проведения измерения ионизирующего излучения в околоземном пространстве с использованием в качестве носителей этих детекторов наноспутников, что существенно удешевит реализацию проекта измерений структуры и вариаций ионизирующего излучения на различных геомагнитных широтах и высотах орбит космических аппаратов. Будет также расширена измерительная база для фундаментальных космических исследований, включая регистрацию источников гравитационных волн по их электромагнитному излучению и поиск подтверждений существования пространственно-временных квантовых структур.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. А. Федоров, А. Бондарау, А. Джурик, В. Богомолов, А. Июдин, Ю. Кащук, В. Мечинский, С. Обудовский, С. Свертилов, Ю. Ву, Д. Янушкевич и М. Коржик Pulse Shape Discrimination at the registration of 14.6 MeV neutrons with Gd3Al2Ga3O12:Ce/SiPM(PMT) detectors Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A (год публикации - )

2. Коржик М., Комендо И., Федоров А., Бондарей А., Кузнецова Д., Мечинский В., Васильев А. Light inorganic scintillation materials for neutron and charge particle detection Inorganics, 11, 315 (год публикации - 2023)
10.3390/inorganics11080315

3. М. Коржик, П. Карпюк, А. Бандарау, А. Ильюшин, И. Каменских, Д. Лелекова, В. Пустовало, В. Ретиво, В. Смыслова, Д. Таврунов, А. Васильев Cross-sensitization of Ce3+ and Tb3+ luminescence in (Gd, Y)3 Al2 Ga3 O12 scintillation ceramics Journal of Luminescence, 265 (2024) 120226 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jlumin.2023.120226

4. Светило С.И., Богомолов В.В., Богомолов А.В., Июдин А.Ф., Калегаев В.В., Оседло В.И., и Михаил Коржик Monitoring of Space Radiation and Electromagnetic Transients by Moscow State University Nano-satellites Advances in Space Research (год публикации - 2024)

5. Богомолов В.В., Июдин А.Ф., Калегаев В.В., Кучеренко И.А., Оседло В.И., Свертилов С.И., Анохина А.М., Гуляева В.В., Коржик М.В. Upcoming MSU Cubesats for Space Weather and Astrophysical Research "Solar-Terrestrial Relations and Physics of Earthquake Precursors" (год публикации - 2024)

6. Богомолов А.В., Богомолов В.В., Июдин А.Ф., Калегаев В.В., Коржик М.В., Оседло В.И., Подзолко М.В., Сазонов В.В., Свертилов С.И. Altitude behavior of sub relativistic electron fluxes in the region of the south Atlantic anomaly according to measurements on the siriussat-1 satellite Pleiades Publishing, vol. 119, Issue 4, pp. 324-329; 2024 JETPL.119.324B (год публикации - 2024)
10.2514/6.2008-6770

7. Коржик М., Богомолов В., Бондарю А., Борисевич Е., Буданов Е., Июдин А., Карпюк П., Комендо И., ламутский И., Охотникова К., Смыслова В., Свертилов С., Васильев А., Василиев В. Crystalline scintillation materials of the aluminum–gallium family to equip light satellites with neutron detectors Journal of Applied Physics, 193101, vol. 138, pp. 1-9 (год публикации - 2025)
10.1063/5.0305438

8. Коржик М., Амелина А., Федоров А., Бондарау А., Карпюк П., Комендо И., Боровлев Ю., Мечинский В., Поступаева А., Шлегель В., Шпинков И., Васильев А. Novel compositionally disordered (Pb, Sr)WO4 single-crystalline scintillation material for X- and gamma-ray scanners Next Materials, vol. 7 (2025) 100386 (год публикации - 2025)
10.1016/j.nxmate.2024.100386

9. Федоров А., Бондарау А., Джурик А., Богомолов В., Июдин А., Кашчук Ю., Мечинский В., Обудовский С., Свертилов С., Ву И., Янушевич Д., Коржик М. Pulse shape discrimination at the registration of 14.6 MeV neutrons with Gd3Al2Ga3)12:Ce/Sipm (PMT) detectors Elsevier B.V., volume 1062, 169155 (год публикации - 2024)
10.1016/j.nima.2024.169155

10. Богомолов В., Свертилов С., Оседло В., Бенгин В., Золотарев И., Июдин А., Нечаев О., Яшин И., Антоник Г., Кучеренко И., Коржик М. Advanced Instruments for Geo and Helio Environment Monitoring on the Cubesat Format Spacecraft Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences Springer Nature Switzerland AG 2023, Gewerbestrasse 11, 6330 Cham, Switzerland, Under exclusive license to Springer Nature Switzerland AG 2023 A. Dmitriev et al. (Eds.): STRPEP 2023, SPEES, pp. 104-112, 2023. (год публикации - 2023)
10.1007/978-3-031-50248-4

11. Проничева С.А., Июдин А.Ф. analysis of gradient profiles and morphology of the Vela Jr. supernova remnant Pleiades Publishing Ltd., vol. 68, No. 8, pp.812-827 (год публикации - 2024)
10.11.34/S1063772924700690

12. Свертилов С.И., Богомолов В.В., Богомолов А.В., Июдин А.Ф., Калегаев В.В., Оседло В.И., Коржик Михаил Monitoring of space radiation and electromagnetic transients by Moscow State University nano-satellites Published by Elsevier B.V. (год публикации - 2024)
10.1016/j.asr.2024.08.025

13. Богомолов В.В., Июдин А.Ф., Калегаев В.В., Кучеренко И.А., Оседло В.И., Свертилов С.И., Анохина А.М., Богомолов А.В., Гуляева В.В., Коржик М.В. Upcoming MSU cubists for space weather and astrophysical research Published by Elsevier B.V. (год публикации - 2024)
10.1016/j.asr.2024.10.043

14. Богомолов А.В., Богомолов В.В., Июдин А.Ф., Мягкова И.Н., Свертилов С.И. Наблюдения жесткого рентгеновского излучения солнечных вспышек на спутниках формата кубсат группировки Московского Университета Космические Исследования, Космические исследования, 2025, том 63, №1, с. 13-22 (год публикации - 2025)
10.31857/S0023420625010022

15. Липунов В.М., Балануца П.В., Павленко Е.П., Сосновский А.А., Тарасенко А.Н., Панченко И.Е., Антонюк K.A., Антонюк О.И., Гресс O.A., Кузнецов A.С., Жирков K K., Тюрина Н.В., Часовников А.Р., Антипов Г.А., Горбовской Е.С., Юдин А.Н., Тополев В.В., Черясов Д.В., Власенко Д.М., Кечин Я., Сеник В.А., Июдин А.Ф., Будней Н.М., Латов А.Г., Ветров К.А., Гуляев M.A., Чазов В.В., Владимиров В.В., Зимнухов Д.С. Detection and Study of a Number of Transients on Telescopes of the MASTER Global Network and MASTER OT J044907.58+705812.7 as an Example Astronomy Reports, Astronomy Reports, Volume 68, issue 12, pp. 1364-1375; DOI: 10.1134/S1063772925701318 (год публикации - 2024)
10.1134/S1063772925701318

16. Богомолов А.В., Богомолов В.В., Васильев Н.А., Июдин А.Ф., Кучеренко И.А., Мягкова И.Н., Оседло В.И., Свертилов С.И., Яшин И.В. Наблюдение транзиентов астрофизического и солнечного происхождения на спутниках формата кубсат группировки Московского университета "Созвездие-270" Космические Исследования (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Получены результаты моделирования переноса энергии от матрицы к активатору в сцинтилляторах на основе гранатов с несколькими катионами. В результате было показано, что понижение концентрации гадолиния за счет замены части катионов ионами лютеция или иттрия снижает уровень замедленной компоненты с одновременным удлинением этой компоненты кинетики. Одновременно с этим меняется характер диффузии по гадолиниевой подсистеме – за счет замедленного перескока возбуждений от одного кластера гадолиния при неравномерном распределении ионов в твердом растворе диффузия приобретает аномальный характер. Благодаря этому разбавление гадолиниевой подсистемы ниже 40% не является перспективным. Эффективность и скорость переноса на церий растет с ростом концентрации церия, однако при этом нелинейно растет коэффициент диффузии возбуждений по цериевым ионам (при концентрации церия 1% он равен 0.18 нм2/нс). Это приводит к тушению свечения церия за счет Оже-процесса между двумя возбужденными ионами церия в областях трека ионизирующей частицы с плотностью возбуждений порядка 10^19-10^21 см^-3, за счет чего в кинетике свечения появляются компоненты с временами менее 40 нс, но одновременно падает выход свечения. Поэтому повышение концентрации церия выше 1.5% нецелесообразно. 2. Выполненные по п. 1 оценки с привлечением литературных данных позволяют остановиться на основном кандидате для сцинтилляционного материала – гранате состава Gd3Al2Ga3O12, активированного до 1 ат.% Ce, и с дополнительным допированием минимальным количеством Mg (порядка 5 ppm), что позволяет снизить длинные кинетики с сохранением выхода сцинтилляций. Проанализированы также перспективные материалы композиционно- разупорядоченных монокристаллов вольфраматов (Pb,Sr)WO4. Они обладают высоким эффективным зарядом, характеристики кинетики сцинтилляционного отклика близки к кристаллам BGO, а выход в диапазоне от -40°С до 20°С выше, чем у BGO. Эти кристаллы хороши для измерения фоновых гамма-квантов в составе детектора нейтронов. 3. Для выбора оптимальной конструкции многопиксельного детектора, было проведено компьютерное моделирование взаимодействия гамма-квантов с энергиями в диапазоне 0.02 – 10.0 МэВ в матрице, состоящей из 64 (8х8) сцинтилляционных кристаллов, с различными размерами. Отклик детектора оценивался для падающего на него под некоторым углом потока моноэнергичных гамма-квантов различной поляризации. В ходе моделирования рассчитывалось энерговыделение в каждой ячейке матрицы. Рассмотрено 4 типа сцинтиллятора: CsI, GаGG (Gd3Ga5O12), YSO (Y2SiO5), кристаллы CsI с вкраплениями полистирола (C8H8). Параметры, по которым сравнивались варианты – процент взаимодействовавших с детектором гамма-квантов и чувствительность к поляризации пучка. По итогам моделирования сделан вывод, что оптимальным размером кристалла сцинтиллятора является вариант 10х10х20 мм3, а наилучшим вариантом вещества кристалла является Се:GаGG. 4. Перспективными приборами для проведения исследований электромагнитного излучения высотных разрядов, или астрофизических гамма всплесков являются позиционно чувствительные детекторы в сочетании с гамма-спектрометрами. Подобный прибор был разработан для установки в качестве полезной нагрузки на спутнике формата кубсат 16U. Сочетание плоского позиционно-чувствительного детектора (ПЧД) и более толстого детектора по сути представляет собой Комптоновский мини-телескоп. Использование ПЧД также позволяет эффективно разделять события, связанные с регистрацией гамма-квантов и электронов высоких энергий. 5. Разработан и создан прототип рассмотренного в Главе 4 детекторного модуля для монитора космического излучения. Этот прибор состоит из двух детекторов различной конфигурации. Сверху размещается узел, полностью аналогичный прибору ДеКоР-2, снизу находится спектрометрический модуль, выполненный на основе кристалла CsI(Tl) размером 60х60х40мм3, просматриваемый набором кремниевых фотоприемников. 6 и 7. Выполнены испытания детекторного модуля в условиях действия на него ионизирующего излучения в наземных условиях и в околоземном пространстве. Прототип, см. Гл.5, был настроен и откалиброван, после чего подвергнут механическим, термическим и другим испытаниям, в ходе которых проведена проверка его работоспособности и сохранения характеристик при воздействии различных факторов. Часть тестов была проведена в составе спутника Альтаир в формате кубсат 6U, запущен 5 ноября 2024 г , и в настоящее время проходит лётные испытания. Первые включения показали работоспособность прототипа детекторного модуля монитора космического излучения после ударных и вибрационных нагрузок сопровождавших старт прибора, а также в условиях действия на него ионизирующего излучения в околоземном пространстве. Проведена проверка работоспособности прибора при различных температурах. 8. Разработаны концепция и технические предложения по рою наноспутников из минимум трех КА формата кубсат 6U с возможностью межспутникового взаимодействия. Разработаны технические предложения по детектору заряженных частиц и гамма-излучения, включая конструкцию детекторного узла, узел электроники, и т.п.. Подготовлены технические предложения по режимам работы прибора и по структуре информации, передаваемой на Землю. Глава 9: Проведены испытания прототипа детектора нейтронов на основе кристалла GAGG для уточнения его чувствительности к нейтронам по (n, гамма) реакции. Разделение нейтрон/γ основано на различии плотностей ионизации фотоэлектронов, создаваемых γ-квантами и вторичными заряженными частицами. Разработан алгоритм для распознавания формы импульса (PSD). 10: Проработана общая структура детектора для регистрации нейтронов с учетом возможности запуска в составе спутника формата кубсат в 2025 году с улучшенным подавлением фоновых событий со следующими особенностями: 1. Используется сцинтиллятор с высокой эффективностью регистрации тепловых нейтронов: материал сцинтиллятора Gd3Al2Ga3O12:Ce, сечение захвата тепловых нейтронов 49000 барн природной изотопической смесью ионов гадолиния. 2. Используется оцифровщик импульсов для регистрации каскада гамма-квантов с суммарной энергией 8,05 МэВ, рождающихся в ходе ядерной реакции Gd(n,). Оценка эффективности детектора показывает для детектора в 2 см3 более 20% эффективность регистрации нейтронов с энергиями от 2 и до 15 МэВ. 11. Проведены измерения на стенде МГУ временного разрешения детекторов на основе новых кристаллов типа (Gd,Lu,Y)3Al2Ga3O12:Ce с добавкой Mg (50 ppm). Полученное разрешение (FWHM=97.7 пс) превосходят результат временных измерений для кристалла LaBr3:Ce, с процентным содержанием Се ~6 % FWHM=134 пс. Это открывает перспективу использования кристаллов (Gd,Lu,Y)3Al2Ga3O12:Ce с добавкой Mg в экспериментах на малых (нано-) спутниках где требуется высокая точность временных измерений. https://rscf.ru/news/release/miniatyurnye-sputniki

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
1. Создан летный образца монитора космической радиации и гамма-всплесков атмосферного и астрофизического происхождения на космическом аппарате формата кубсат 16U, проведена его наземная экспериментальная отработка. Для этого: - разработаны и изготовлены механическая конструкция и платы электроники; - разработаны и созданы многопиксельные детекторные узлы на основе сцинтилляционных кристаллов Ce:GAGG и YSO, осуществлена их сборка, отладка и наземная калибровка, а также сборка прибора в целом; - разработано программное обеспечение цифрового узла прибора. Наземная отработка монитора включала проведение испытаний на стойкость к механическим воздействиям (вибрационные, ударные и линейные перегрузки), и испытания при пониженной и повышенной температурах. В результате вибродинамических испытаний все модули монитора космической радиации и гамма-всплесков подтвердили свою работоспособность и исходные характеристики после приложенных нагрузок и, таким образом, успешно выдержали эти испытания. Целью проведения тепловых испытаний модулей гамма-спектрометра была проверка устойчивой работы прибора в широком диапазоне температур, и определение корректирующих коэффициентов, позволяющих получать энергетический спектр измеряемого излучения при различных температурах, используя калибровки, выполненные при комнатной температуре. Показано, что при изменении температуры от 5о до 35о амплитуда сигнала уменьшается примерно на 40%. Осуществлено сопряжение монитора космической радиации и гамма-всплесков атмосферного и астрофизического происхождения с бортовыми системами КА формата кубсат 16U, проведены стыковочные испытания, в результате чего КА с научной полезной нагрузкой готов к запуску. 2. Разработана концепция космической группировки – роя кубсатов на околоземных орбитах, оснащенных разработанными в данном проекте детекторами в качестве полезной нагрузки, в том числе: - проведена оценка возможных физических результатов, которые могут быть получены с помощью роя – группировки кубсатов, в которой обеспечиваются межспутниковое взаимодействие в части синхронизации измерений, оперативного обмена данными, реализации совместных наблюдений; - разработаны технические предложения по созданию роя в составе минимум трех космических аппаратов формата кубсат 6U с указанными выше возможностями; - оптимизирована полезная нагрузка и бортовые системы космических аппаратов группировки «Рой», разработаны программы баллистического обеспечения. В рамках проекта «Рой» планируется развернуть на орбите формацию (группу) в составе не менее трех малых КА, которые должны быть оснащены межспутниковой связью для обеспечения синхронизированных во времени наблюдений гамма-всплесков и других транзиентных явлений. В качестве полезной нагрузки для КА группировки «Рой» планируется использовать приборы типа ДеКоР-3, аналогичные испытанным на спутниках «Авион», «Монитор-2» и «Альтаир». Конструкторская документация и принципиальные схемы плат электроники для этих приборов были разработаны на предыдущих этапах в ходе реализации наземной экспериментальной отработки научной аппаратуры для космического аппарата «Альтаир». 3. Осуществлены измерения характеристик перспективных сцинтилляторов на основе галлий-гадолиниевого граната, допированного церием, в том числе: - измерены спектрометрические и временные характеристики кристаллов Ce:GAGG разработки ФОМОС и выполнено их сравнение с соответствующими параметрами аналогичных кристаллов зарубежного производства. Объектом проверки были сцинтилляционные кристаллы Ce:GAGG в виде прямоугольных параллелепипедов размером 10 мм х 10 мм х 20 мм из 50 образцов. Проверка спектрометрических характеристик проводилась с помощью измерительного стенда, в состав которого входил ФЭУ-85 в светоизолирующей упаковке, плата предусилителя и амплитудный анализатор Amptek MCA-8000A. С помощью этого стенда измерялись амплитудные спектры лабораторных источников гамма-излучения активностью 104-105 Бк из набора ОСГИ объединения «Изотоп». Для проверки однородности характеристик использовался источник Cs-137, излучающий моноэнергетический поток гамма-квантов с энергией 662 кэВ. Получено энергетическое разрешение всех образцов в интервале от 7% до 8%. Эта величина определяется световыходом образцов, и особенностями их формы, при которой существенна неравномерность светосбора в объёме кристалла. Показано, что постоянная времени спада сигнала, которая определяется интегрированием электроники, составляет ~1.3 мкс, а характерное время фронта сигнала, которое определяется временем высвечивания сцинтиллятора, составило ~111 нс. 4. Для оценки спектрометрических характеристик многопиксельных детекторных узлов на основе галлий-гадолиниевого граната, допированного церием, а также иттриевого ортосиликата (YSO), которые будут использоваться в качестве полезной нагрузки на космическом аппарате формата кубсат 16U, а также на спутниках группировки «Рой» была создана математическая модель, которая анализирует взаимодействия гамма-квантов, нейтронов и заряженных частиц в детекторном узле. Оценка детекторов спутника «НИИЯФ МГУ 80» проводилась в программном пакете Geant4. Построенная модель учитывает свойства вещества сцинтилляторов и характеристики пассивной геометрии (алюминиевого кожуха). Рассмотрены две конфигурации устройства на основе сцинтилляторов GAGG(Ce) и YSO(Ce) с вкраплением пикселей из пластмассового сцинтиллятора. Изучен отклик обеих конфигураций на 4 типа частиц: гамма-кванты, электроны, протоны и нейтроны. Рассмотрены энергетические диапазоны: 10 кэВ – 10 МэВ, 100 кэВ - 10 МэВ, 2 МэВ – 200 МэВ и 2 МэВ – 200 МэВ соответственно. Для каждой конфигурации и типа частиц моделировалось 10,000,000 событий. . У гамма-квантов с энергией меньше 1 МэВ оценка первичной энергии получается наиболее надежно. Спектрометрия электронов и протонов возможна при энергиях больше 1 и 10 МэВ соответственно. Спектрометрия первой конфигурации детектора оказывается лучше, поскольку она содержит в среднем более плотные сцинтилляторы.

Публикации