Научная аппаратура для космического эксперимента «Солнце-Терагерц»: методы повышения частотной селективности детекторов

Реализация космического эксперимента «Солнце-Терагерц» планируется на борту российского сегмента Международной космической станции в 2026–2029 гг. Цели эксперимента – получение данных о терагерцевом излучении Солнца, а также изучение солнечных активных областей и солнечных вспышек. Научная аппаратура эксперимента «Солнце-Терагерц» состоит из восьми детекторов, целевые частоты которых лежат в диапазоне 0,4–12,0 ТГц. Приведены ожидаемые спектральные характеристики научной аппаратуры и кратко описан метод их экспериментальной проверки с помощью установки дополнительного отрезающего фильтра. Отмечена необходимость повышения частотной селективности детекторов и рассмотрены два метода такого повышения. Для оценки чувствительности детекторов проведён эксперимент по измерению солнечного излучения с помощью одноканального макета. Макет представляет собой полный аналог одного детектора научной аппаратуры с возможностью замены полосовых терагерцевых фильтров. Для одноканального макета изготовлены двухосная поворотная платформа и датчик облачности. По итогам экспериментальной проверки сделаны выводы о достаточной чувствительности детекторов научной аппаратуры для выделения солнечного сигнала на фоне собственных шумов и возможности улучшения характеристик в отношении частотной селективности. При этом целесообразно использовать метод линейной комбинаций сигналов детекторов. Полученные результаты полезны экспериментаторам, занимающимися спектрометрическими научными приборами на базе оптоакустических преобразователей (ячеек Голея) и других чувствительных элементов.

1. Kinnison J., Vaughan R., Hill P., Raouafin., Guo Y. and Pinkine N. Parker Solar Probe: A Mission to Touch the Sun. IEEE Aerospace Conference, 1–14 (2020). https://doi.org/10.1109/AERO47225.2020.9172703

2. Russell A. Howard, Angelos Vourlidas, Clarence M. Korendyke, et al. The solar and heliospheric imager (SoloHI) instrument for the solar orbiter mission. Proceedings SPIE Optical Engineering + Applications, 2013, San Diego, California, United States, 8862 (2013). https://doi.org/10.1117/12.2027657

3. Domingo V., Fleck B., Poland A. I. SOHO: The Solar and Heliospheric Observatory. Space Science Reviews, 72, 81–84 (1995). https://doi.org/10.1007/BF00768758

4. Joseph M. Davila, David M. Rust, Victor J. Pizzo, Paulett C. Liewer. Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO). Proceedings SPIE’s 1996 International Symposium on Optical Science, Engineering, and Instrumentation, 2804 (1996). https://doi.org/10.1117/12.259724

5. Kaufmann P., White S. M., Marcon R. et al. Bright 30 THz impulsive solar bursts. Journal of Geophysical Research (Space Physics), 120, 4155 (2015). https://doi.org/10.1002/2015JA021313

6. Калинин Е. В., Филиппов М. В., Махмутов В. С. и др. Исследование температурного эффекта резонансных оптических прерывателей в космической научной аппаратуре. Космические исследования, (1), 3–8 (2021). https://doi.org/10.31857/S0023420621010040

7. Kaufmann P., Raullin J.-P., de Castro C. G. G. et al. A New Solar burst spectral component emitting only in the terahertz range. Astrophysical Journal, 603, L121–L124 (2004). https://doi.org/10.1086/383186

8. Kaufmann P., Correia E., Costa J. E. R. et al. Solar burst with millimetre-wave emission at high frequency only. Nature, 313, 380–382 (1985). https://doi.org/10.1038/313380a0

9. Kaufmann P. Submillimeter/IR solar bursts from high energy electrons. Proceedings AIP conference, 374, 379–392 (1996). https://doi.org/10.1063/1.50945

10. Kaufmann P., Costa J. E. R., Castro C. G. G., et al. The new submillimeter-wave solar telescope. Proceedings of the 2001 SBMO/IEEE MTT-S International Microwave and Optoelectronics Conference, 439–442 (2001). https://doi.org/10.1109/SBMOMO.2001.1008800

11. Kaufmann P., Castro C. G. G., Makhmutov V. S. et al. Launch of solar coronal mass ejections and submillimeter pulse bursts. Journal of Geophysical Research, 108(A7), 1280 (2003). https://doi.org/10.1029/2002JA009729

12. Krucker S., Castro C. G. G., Hudson H. S., et al. Solar fl ares at submillimeter wavelengths. Astron Astrophys Review, 21, 58 (2013). https://doi.org/10.1007/s00159-013-0058-3

13. Luthi T., Magun A., Miller M. First observation of a solar X-class fl are in the submillimeter range with KOSMA. Astronomy and Astrophysics, 415, 1123–1132 (2004). https://doi.org/10.1051/0004-6361:20034624

14. Makhmutov V. S., Raulin J. P., Castro C. G. G., Kaufmann P., Correia E. Wavelet decomposition of submillimeter solar radio bursts. Solar Physics, 218, 211–220 (2003). https://doi.org/10.1023/B:SOLA.0000013047.26419.33

15. Махмутов В. С., Курт В. Г., Юшков Б. Ю. и др. Спектральные особенности высокоэнергичного рентгеновского, гамма-излучения и субмиллиметрового радиоизлучения в импульсной фазе солнечной вспышки. Известия Российской академии наук. Серия физическая, 75(6), 796–799 (2011). https://www.elibrary.ru/nxqnjp

16. Wedemeyer S., Bastian T., Brajša R. et al. Solar Science with the Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array – A New View of Our Sun. Space Science Reviews, 200, 1–73 (2016). https://doi.org/10.1007/s11214-015-0229-9

17. Филиппов М. В., Махмутов В. С., Максумов О. С. и др. Блок электроники для научной аппаратуры «СолнцеТерагерц». Приборы и техника эксперимента, (3), 108–117 (2024). https://elibrary.ru/ousxkn

18. Квашнин А. А., Логачев В. И., Филиппов М. В. и др. Оптическая система прибора для измерения солнечного терагерцового излучения. Космическая техника и технологии, (4(35)), 22–30 (2021). https://elibrary.ru/siartl

19. Филиппов М. В., Махмутов В. С., Максумов О. С. и др. Исследование температурного эффекта резонансных оптических прерывателей в космической научной аппаратуре. Космическая техника и технологии, (1(40)), 8–18 (2023). https://www.elibrary.ru/wzamjn

20. Филиппов М. В., Махмутов В. С., Логачев В. И., Разумейко М. В. Расчёт чувствительности детекторов для космического эксперимента «Солнце-Терагерц». Журнал технической физики, 93(9), 1377–1382 (2023). https://doi.org/10.21883/JTF.2023.09.56226.167-23

21. Филиппов М. В., Логачев В.И., Махмутов В. С. и др. Расчет потоков солнечного терагерцевого излучения, регистрируемого приёмниками научной аппаратуры на борту Международной космической станции. Космическая техника и технологии, (2(45)), 68–83 (2024). https://www.elibrary.ru/xdheun

22. Филиппов М. В., Махмутов В. С., Разумейко М.В. Научная аппаратура для космического эксперимента «СолнцеТерагерц»: исследование температурного эффекта ячейки Голея. Измерительная техника, 73(3), 20–25 (2024). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-3-20-25

23. Филиппов М. В., Махмутов В. С., Разумейко М. В. и др. Характеристики и калибровка будущей научной аппаратуры «Солнце-Терагерц». Успехи прикладной физики, 12(4), 361–370 (2024). https://doi.org/10.51368/2307-4469-2024-12-4-361-370

24. Philippov M. V., Makhmutov V. S., Razumeyko M. V. et al. Method for checking the spectral sensitivity of optical paths of the Sun Terahertz scientific instrumentation in the frequency range 0.4–20 THz. Solar System Research, 59, 26 (2025). https://doi.org/10.1134/S0038094624601683

25. Angström A. On the counter-radiation of the atmosphere. Meteorologische Zeitschrift, 22(6), 761–769 (2013). https://doi.org/10.1127/0941-2948/2013/0550