«««Назад | Оглавление | Каталог библиотеки | Далее»»»

Прочитано: 44%

         Новые детекторы обладают уникальным свойством - они практически не реагируют на радиационное облучение. Известно, что применяющиеся сейчас детекторы теряют чувствительность и перестают различать что-либо на Земле в период мощных солнечных вспышек. Говорить же об их чувствительности после умышленно взорванного в космосе ядерного устройства вообще не приходится.
         В последние годы достигнут значительный прогресс в понимании процессов выращивания кристаллов из HgCdTе, обладающих свойствами радиационной стойкости, и в управлении производственным процессом их изготовления. В 1989 г. три конкурирующих подрядчика продемонстрировали принципы промышленного изготовления гибридных матричных устройств из этого материала. Как выяснилось - это непростой процесс.
         Принцип работы датчиков основан на фотоэффекте - явлении, связанном с освобождением электронов в твердом теле (или жидкости) под действием электромагнитного излучения. Единичный датчик является фотоэлементом - полупроводниковым прибором, в котором под действием падающего на него света или другого электромагнитного излучения появляется ЭДС (фото-ЭДС). Возникающий при этом фототок настолько мал, что его обязательно необходимо усилить. Для этого служит фотоэлектронный (иногда его называют фотоприемный) умножитель - миниатюрное полупроводниковое устройство, принцип действия которого для упрощения восприятия рассмотрим на примере работы общеизвестных счетчиков, названных в 1908 г. именем их создателя немецкого физика Ханса Гейгера (рис. 3.5).

Рис. 3.5

         Конструкция такого счетчика элементарно проста. К концам трубки, изготовленной из тонкой фольги и заполненной инертным газом, подведено высокое напряжение (400 В и более).
         В обычном состоянии газ - диэлектрик, стало быть счетчик заурядный газонаполненный электрический конденсатор. Но стоит только альфа (бета)- частице или гамма-излучению "пронзить" трубку, как в газе происходит ионизация (выбивание из атомов газа электронов). Известно, что носителем тока в жидкостях и газах являются ионы - атомы, "потерявшие" электроны и имеющие положительный заряд. Подобно инверсионному следу от пролетевшего реактивного самолета в трубке образуется своеобразный след, состоящий из ионов газа. Они-то и образуют "электрический провод", по которому идет большой ток, так как к концам трубки приложен значительный потенциал. Чем больше частиц излучения пронзило трубу и чем больше их энергия, тем дольше будет сохраняться ионизация и, стало быть, тем больший ток зарегистрирует контрольный прибор. Любые фотоэлектронные умножители по эффекту действия можно сравнить с выстрелом из пистолета. Спусковым крючком в них является чуть ли не единственный фотон, попавший в светочувствительный слой датчика. А затем... лавина электронов фототока в тысячи раз увеличивает пришедший сигнал и так же быстро исчезает.
         Конструктивно такие детекторы (а их число, по некоторым сведениям, в 10 раз больше, чем применяется сейчас на спутниках DSP-647) смонтированы в матричные ФПУ (фотоприемные умножители). В 1991 г. выполнен полет МТКК "Спейс Шаттл" по программе Пентагона с задачами спектральных и радиометрических наблюдений за космическими объектами, сбора данных за характерными признаками выхлопа ракетных двигателей на фоне Земли и в космосе. Полученные данные использованы для создания аппаратуры спутников систем BSTS, SSTS, GSTS. Первый опытный спутник системы BSTS запущен в середине 1990-х гг.

Рис. 3.6

         Что это такое? Датчики, объединенные в матрицу (рис. 3.6), по сути дела, являются подобием обычных телевизионных приемников, но обладающих более высокой разрешающей способностью и надежностью. Определенным образом электрически соединенные датчики - те же элементы строк развертки на экране телевизора, но поскольку число датчиков огромно (иногда упоминают, что это 4 млн шт.), то и качество изображения на таком "телевизоре" несравненно лучше.
         Для повышения чувствительности датчиков их необходимо охладить до очень низких температур (в интервале от -143 до -1960 С).
         Вспомните броуновское движение - беспорядочное движение молекул в воде и газе, а электронов - в твердых телах. Чем выше температура вещества, тем активнее и быстрее это движение. Известно, что ток - это упорядоченное движение электронов. Ток в датчике возникает в процессе преобразования радиоизлучения от теплового факела ракеты. Но если тепловое радиоизлучение Солнца нагреет материал датчика, то в результате броуновского движения электронов полезный регистрируемый ток уменьшится или даже станет меньше возникших хаотических токов. В этом случае датчик перестает работать по своей основной "специальности".
         Вот почему в настоящее время специалисты Америки решают задачи по созданию малогабаритной, бесперебойной и одновременно эффективной системы охлаждения детекторов матричных ФПУ. Чем ниже температура материала датчика, тем больше будет полезный ток а значит, и чувствительность датчика. Это важно потому, что стратеги из Пентагона намерены новой системой ПРО прикрывать и театры войны в Европе, где важную роль будут играть тактические ракеты. Понятно, что факелы пламени от двигателей таких ракет несоизмеримы с межконтинентальными, а значит, и чувствительность космических датчиков должна быть резко повышена. Есть в докладе ООСОИ конгрессу разд. 6.7 - "Инновационные технологии". В нем имеется подраздел со скромным названием "Достижения", где упоминается, что одной из частных фирм разработана смесь газов для криогенных холодильных устройств, которая в семь раз увеличивает скорость охлаждения ИК-датчиков. Это особенно важно для собственной защиты новых спутников системы СОИ, так как они должны "уметь" регистрировать цели на фоне "холодного космоса". Ведь какой-либо космический аппарат, доселе летавший безобидно, вдруг может включить двигатель, "подкрасться" к спутнику ПРО и взорваться. Двигатели такого спутника-камикадзе могут быть столь маломощны, что для регистрации их работы потребуется очень высокая чувствительность детекторов спутника ПРО. Если это требование будет выполнено и подкрадывающийся спутник будет обнаружен, то остальное - дело техники: вычисленные параметры приближающегося объекта будут автоматически переданы на БКС, которая и расправится с незваным гостем. Для сбора статистики об излучениях маломощных реактивных двигателей уже проводятся эксперименты по регистрации включения и выключения в полете двигателей системы ориентации МТКК "Спейс Шаттл".

«««Назад | Оглавление | Каталог библиотеки | Далее»»»