Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

Эксперимент OMEGA (КА, Марс-Экспресс, ESA)

OMEGA (Observatoire pourla Mineralogie, l’Eau, les Glaces et l’Activite) — картирующий спектрометр видимого и ближнего инфракрасного диапазонов [1].


Одной из основных задач эксперимента являлось исследование водного цикла Марса, его влияния на климат и геологию планеты, как в прошлом, так и в современную эпоху.


Прибор установлен на борту КА Mars-Express, который находится на орбите искусственного спутника Марса с декабря 2003 года. Спектрометр изготовлен во Франции в кооперации с Италией и США. Сканирующее устройство, обеспечивающее развертку при построении изображений, предоставила Россия.


Научная фаза эксперимента OMEGA началась с января 2004г., прибор продолжает функционировать и в настоящее время.


В процессе съемки прибор строит изображение участков поверхности планеты в 352-х спектральных каналах, что позволяет исследовать спектральные свойства поверхности и атмосферы и получить информацию о минералогическом составе поверхности, о распределении различных форм воды на планете — как локальном, так и глобальном. При относительно низком спектральном разрешении прибора (в зависимости от длины волны канала) данный эксперимент обеспечивает глобальное покрытие планеты и хорошее пространственное разрешение за период более двух марсианских лет.


Прибор состоит из двух спектрометров: видимого и ИК диапазонов. Видимый спектрометр имеет отдельную входную апертуру и построен на вогнутой голографической решетке, обеспечивающей спектральное разрешение 50. В качестве детектора использована кремниевая ПЗС-матрица, рабочий диапазон спектрометра — 0.38-1.05мкм — состоит из 96 спектральных каналов.


ИК спектрометр OMEGA включает 2 детектора: ИК-1 (детектор «C», 128 спектральных каналов от 0.93 до 2.73мкм) и ИК-2 (детектор «L», 128 каналов от 2.55 до 5.1мкм).


Схема инфракрасного спектрометра:

omega1.gif


На входе спектрометра установлен телескоп системы Кассегрена (1) с фокусным расстоянием главного зеркала: F=200мм и апертурой D=f/4, IFOV~4'. Излучение, собранное телескопом, фокусируется на входную щель шириной 800мкм (2), затем подается на коллиматор, который представляет собой внеосевое параболическое зеркало радиусом R=192.85мкм и смещением dx=37.14мкм (3) и далее фокусируется на делителе (4) и дифракционной решетке. Делитель (4) разводит общий поток на два: коротковолновый (С) и длинноволновый (L), обеспечивая разделение наблюдаемого излучения на два спектральных диапазона. Пучок L проходит сквозь дихроичный фильтр (4), а пучок C отражается от него. Зеркало (5) направляет пучок С на плоскую отражающую решетку (6), которая содержит 180штрихов/мм и работает только в первом порядке дифракции. Далее, излучение поступает на сферические (с радиусом кривизны R=378.49мм) собирающие зеркала (7), которые формируют дифрагированное изображение щели за пределами сферических зеркал поля (8), которые, в свою очередь, переносят изображение в объективы (9), каждый из которых представляет собой сборку из четырех сферических линз из ZnSe. Объективы проецируют изображение на детекторы (11) – 128-элементные линейки InSb с размером пиксела 90x120мкм — через пакеты интерференционных фильтров (10), отсекающих дальние порядки дифракции. Детекторы охлаждаются встроенными элементами Пельтье до температуры менее 80 К, а сами спектрометры пассивно охлаждаются до T=190K.


Прибор OMEGA предназначен в первую очередь для надирных наблюдений, но также позволяет работать с разными режимами, включая лимбовые. В спектрометр поступает солнечное излучение отраженное марсианской поверхностью и дважды прошедшее сквозь слой атмосферы.


ИК-спектрометр работает в режиме «whiskbroom»: по мере движения аппарата по орбите сканирующее зеркало качает мгновенное поле зрения прибора в перпендикулярной плоскости, перекрывая в результате полосу шириной до 8.8°.


Разные варианты сканирования поверхности в режиме «whiskbroom» (а) непрерывная дискретизация, (б) недостаточная дискретизация, (в) избыточная дискретизация:

omega_scanning.gif


Поле зрения каждого элемента изображения (пиксела) составляет 4.1''. Ширина полосы для каждого наблюдения может принимать значения от 16 до 128 пикселов. Развертка по второй пространственной координате обеспечивается движением аппарата по орбите.


Высота апоцентра орбиты над поверхностью Марса составляет ~4000км, что при надирных наблюдениях с шириной полосы 128 пикселов соответствует линейному размеру изображения в поперечном направлении порядка 300-600км; при этом характерный размер пиксела составляет 4-5км и максимальная длина трека ~1000 пикселов (~3000км). При наблюдениях из перицентра и при минимальной развертке сканирования в 16 пикселов, геометрическая ширина трека составит всего 5-7км, при этом его длина может достигать ~8000 пикселов (~3000км); в этом режиме максимальная высота орбиты составляет ~300км, а пространственное разрешение может достигать максимума — 300м на пиксел [15]. Поскольку никаких мер по коррекции смаза изображения не предпринималось, время накопления на детекторах прибора ограничено горизонтальной скоростью КА и составляло 2.5 или 5мс, обеспечивая при этом отношение сигнал/шум более 100. Параметры различных режимов наблюдения приведены в таблице1.



максимальная высота, км  300 1500 4000
характерный размер 1 пиксела <360м <1.8км <4.8км
ширина трека, пикселы 16 64 128
ширина трека, км 5-7 60-120 300-600
длина трека, пикселы   ~7500 ~2000 ~1000
длина трека, км   ~3000 ~3000 ~3000
длительность сессии, мин ~12 ~12 ~24
объем данных, мбит   ~200 ~200  ~200

Таблица 1: Характеристики некоторых типичных режимов надирных наблюдений прибора «OMEGA»


На этапе первичной обработки показания детекторов переводятся из электрических величин в фотометрические и записываются в виде трехмерных массивов («кубов») вида I{x, y, lambda} — с двумя пространственными (x, y) и одной спектральной (lambda) размерностью. Кубы записываются последовательно, так что каждой орбите может соответствовать до 8 спектральных «кубов». Для каждого такого куба формируется «геометрический куб» — массив такой же пространственной размерности (x, y), в котором для каждого пиксела содержится геометрическая информация.


На рисунке ниже показана геометрия наблюдений прибором OMEGA единичного пиксела: углы падения солнечных лучей (i) , углы рассеяния (e), фазовые углы (phi) по отношению к локальной нормали рельефа, к нормали референтного эллипсоида Марса и к местной вертикали (направлению на центр масс планеты), а также ареографические координаты (широта и долгота) центра «пиксела» (1) и его вершин (2)-(5). Такая подробная и, зачастую, избыточная информация позволяет применять широкий класс моделей для коррекции, обработки и интерпретации данных.


omega_geom.gif


Ссылки:


[1] BibringJ.–P., SoufflotA., BertheM., et al. OMEGA: Observatoire pour la Mineralogie, l'Eau, les Glaces et l'Activite // ESA SP-1240. 2004 a. P.3-16.

Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика