Метод калибровки имитатора чёрного тела: определение температурных поправок на основании тепловизионных измерений и расчётных значений поглощения излучения в воздухе

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 для космического эксперимента «Солнце-Терагерц» включает в себя восемь детектирующих каналов, целевые частоты которых лежат в диапазоне 0,4–12,0 ТГц. Для проведения наземных калибровок разработан имитатор черного тела, позволяющий направлять в телескопы научной аппаратуры потоки от излучающего элемента при различных заданных температурах нагревателя. С помощью тепловизора, основой которого является ик-камера MLX90640 произведены измерения температуры от имитатора черного тела непосредственно из точки расположения входного окна приемника научной аппаратуры. Данный подход позволяет учесть следующие эффекты для имитатора черного тела: температурный градиент от центра к краю отражающей поверхности; расхождение пучка излучения. Для телескопов научной аппаратуры: учет потерь в областях перекрытия входящего потока излучения малым зеркалом и его крестовиной. Кроме того, произведен расчет спектрального коэффициента пропускания воздушной среды между излучающим элементом имитатора черного тела и входным окном приемника. По результатам экспериментальной проверки сделаны выводы о фактических потоках излучения, поступающих в приемники научной аппаратуры от имитатора черного тела во время калибровок, в зависимости от заданной на измерителе-регуляторе температуры. Данная статья может быть полезна экспериментаторам, занимающихся теплофизическими измерениями, спектрометрическими научными приборами на базе оптоакустических преобразователей (ячейка Голея) и других чувствительных элементах.

1. 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 ; https://elibrary.ru/uialxo

2. 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(2), L121–L124 (2004). https://doi.org/10.1086/383186 ; https://www.elibrary.ru/mfvhxl

3. Krucker S., de Castro C. G. G., Hudson H. S., et al. Solar flares at submillimeter wavelengths. The Astronomy and Astrophysics Review, 21, 58 (2013). https://doi.org/10.1007/s00159-013-0058-3 ; https://www.elibrary.ru/sokghj

4. 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

5. 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/hgxxgn

6. 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

7. Филиппов М. В., Махмутов В. С., Логачев В. И., Разумейко М. В. Расчет 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 ; https://www.elibrary.ru/bnzvqx

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

9. 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 ; https://elibrary.ru/qnblrd

10. 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 ; https://www.elibrary.ru/hfabjs

11. Rothman L. S. History of the HITRAN Database. Nature Reviews Physics, 3, 302–304 (2021). https://doi.org/10.1038/s42254-021-00309-2 ; https://elibrary.ru/ohjnra

12. Kochanov R. V., Gordon I. E., Rothman L. S. и др. HITRAN Application Programming Interface (HAPI): A comprehensive approach to working with spectroscopic data. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 177, 15–30 (2016). https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2016.03.005 ; https://elibrary.ru/wuxvgh