Лаборатория надежности и безопасности орбитальных и наземных космических систем

В лаборатории 2 направления исследований:

1 . Создание методов прогнозирования радиационной опасности бортовой электронной аппаратуры космических аппаратов различного назначения в условиях комплексного воздействия факторов космического пространства (рук. работ к.ф.-м.н. Грищенко В.Ф.)

Проект по создание методов прогнозирования радиационной опасности бортовой электронной аппаратуры космических аппаратов различного назначения в условиях комплексного воздействия факторов космического пространства выполняется в 2018-2020 гг. В 2013-2015 гг. был выполнен грантовый проект «Имитационное моделирование сбоев бортовой электронной аппаратуры космических аппаратов в условиях комплексного воздействия факторов космического пространства».


2. Исследования физики космических лучей, околоземного космического пространства, диагностика и прогноз космической погоды (рук. работ начальник отдела прикладной геофизики к.ф.-м.н. Крякунова О.Н.)

Направления исследований:

  • мониторинг нейтронной компоненты космических лучей на высокогорной нейтронном мониторе 18NM-64 (высота 3340 м над уровнем моря, «Космостанция»);
  • физика галактических и солнечных космических лучей, особенностей их распространения от границ гелиосферы до Земли с помощью высокогорного нейтронного монитора 18NM-64 и нейтронных мониторов мировой сети;
  • физика околоземного космического пространства, в частности, особенностей поведения плотности и анизотропии галактических космических лучей, геомагнитного поля, высокоэнергичных магнитосферных электронов на геостационарной орбите и протонов высоких энергий;
  • ежедневная диагностика околоземного космического пространства с помощью Казахстанской многоуровневой системы диагностики и прогноза космической погоды, включающей измерения в реальном времени интенсивности нейтронной компоненты космических лучей на нейтронном мониторе 18NM-64, напряженности геомагнитного поля и радиоизлучения Солнца на частотах 1 ГГц и 2,8 ГГц, а также имеющиеся в мире измерения солнечной активности в разных диапазонах длин волн, межпланетной и околоземной среды по наблюдениям на космических обсерваториях и спутниках;
  • выявление возмущенных периодов космической погоды и их солнечных источников;
  • разработка методик прогнозирования радиационной и геомагнитной обстановки по данным сети нейтронных мониторов, наземным и спутниковым измерениям;
  • ежедневный прогноз среднесуточного Ap-индекса геомагнитной активности и потока солнечного радиоизлучения (частота 2800 МГц) на 55 дней в численном и графическом виде, Прогноз вероятности протонных возрастаний с максимальным потоком >10 pfu для частиц с энергией >10 МэВ и >100 МэВ) на 28 дней в численном и графическом виде, прогноз флюенса высокоэнергичных магнитосферных электронов (E> 2 МэВ) на геостационарных орбитах на 28 дней;
  • исследование влияния факторов космической погоды на функционирование спутников и авиации;
  • изучение литосферно-атмосферно-ионосферных связей и механизмов передачи возмущений от литосферы до высот ионосферы на стадии подготовки и возникновения крупных землетрясений на основе наземных и спутниковых средств регистрации, а также разработка теоретической модели электромагнитных литосферно-атмосферно-ионосферных связей на основе уравнений электродинамики в анизотропной среде (рук. работ к.ф.-м.н. Салихов Н.М.).

Выполнены следующие международные грантовые проекты (рук. к.ф.-м.н. Крякунова О.Н.):

  • Грант с ВВС США (special contract (SPC-98-4035) with Air Force Research Laboratory EOARD/AFMC F617089-98-WE064) “Monitoring and Investigation of Ground Level Solar Cosmic Ray Enhancements by Means of High Altitude Neutron Monitor” («Мониторинг и исследование наземных возрастаний солнечных космических лучей с помошью высокогорного нейтронного монитора»);
  • Европейский грант INTAS-00-0810 “Improvement of methods of control and prognosis of periods of dangerous influence of space weather on satellite’s electronics” («Развитие методов контроля и прогнозирования периодов опасного влияния космической погоды на электронику спутников»);
  • Европейский грант INTAS-2000-752 “Key parameters for space weather” («Ключевые параметры космической погоды»);
  • Грант Европейского Союза в рамках FP7 “Real-time database for high resolution Neutron Monitor measurements (NMDB)” (соглашение о гранте № 213007, «Создание базы данных измерений нейтронных мониторов в реальном времени с высоким временным разрешением»).

Научный коллектив участвует в выполнении следующих международных программ: международный проект VarSITI (Вариабильность Солнца его воздействие на Землю), задачами которого является исследование воздействия солнечных факторов на Землю и околоземное космическое пространств и программу Комитета ООН по мирному исследованию космоса UNCOPUOS «Международные инициативы в области исследования космической погоды». Международное сотрудничество в области исследования космических лучей и космической погоды ведется в рамках Европейской коллаборации NMDB (www.nmdb.eu) с учеными из стран дальнего (Германия, Франция, США, Финляндия, Швейцария, Словакия, Греция, Италия, Израиль, Испания) и ближнего зарубежья (Россия, Армения), что отражено в совместных публикациях

Сотрудниками лаборатории осуществляется обслуживание и модернизация нейтронного монитора 18NM-64 и других экспериментальных высокогорных установок.

Экспериментальная база:

Экспериментальная база лаборатории расположена на высокогорных станциях института: высокогорной базе «Космостанция» (3340 м над уровнем моря) и высокогорной радиополигоне «Орбита» (2700 м над уровнем моря), а также в институте и включает следующие установки:

  • нейтронный супермонитор 18NM-64 (3340 м над уровнем моря, жесткость геомагнитного обрезания R=6,7 ГВ). Непрерывно функционирует с 1973 г. Станция космических лучей института (международное обозначение ААТВ) с нейтронным монитором является одной из ключевых в мировой сети станций. Экспериментальные данные представляются в режиме реального времени на сайте института. Станция входит в международную сеть станций космических лучей NMDB (www. nmdb.eu), куда ежеминутно отправляются данные интенсивности космических лучей и атмосферного давления. Измерения на нейтронном мониторе, программное обеспечение, методики обработки данных и аппаратные средства постоянно модернизируются и соответствуют международным стандартам;
  • датчик измерения атмосферного давления БРС-1 (3340 м над уровнем моря);
  • аппаратура для регистрации радиоизлучения Солнца на частотах 1 ГГц и 2.8 ГГц, спектрограф солнечного радиоизлучения Callisto (входит в международную сеть e-Callisto). Спектрограф солнечного радиоизлучения Callisto позволяет регистрировать радиовсплески Солнца II, III, IV, V типов и прогнозировать геоэффективность вспышечной активности (Радиополигон «Орбита», 2750 м над уровнем моря);

Для решения задач, связанных с изучением процессов подготовки землетрясений, вблизи очагов Верненского и Кеминского катастрофических землетрясений работает многопараметрический экспериментальный комплекс (рук. к.ф.-м.н. Салихов Н.М.):

  • гамма-детектор с кристаллом натрий-йод NaI(TI), СДН.30, Ø40мм – измерение вариаций интенсивности потока гамма-квантов в скважине на глубине 39 м («Космостанция», 3340 м);
  • гамма-детектор БДЭГ2-39 с кристаллом натрий-йод NaI(TI), Ø 150мм – измерение вариаций интенсивности потока гамма-квантов в приземной атмосфере («Космостанция», 3340 м);
  • датчики температуры (4 шт.) Установлены в скважине на глубине 1м, 24м и 39 м, а также на открытом воздухе рядом со скважиной;
  • акустический микрофон высокой чувствительности 25 Па/мВ для регистрации сейсмо-акустической эмиссии в скважине на глубине 52 м;
  • аппаратно-программный комплекс (АПК) для регистрации вариаций электромагнитных полей в диапазоне ультранизких частот (ULF). Установлен вблизи «Космостанции» (~3450м над ур.м.);
  • АПК для регистрации электромагнитных полей в сферическом волноводе земля-ионосфера в VLF диапазоне частот (атмосферики). Установлен вблизи «Космостанции» (3700 м над ур.м.);
  • АПК регистрации Доплеровского сдвига частоты ионосферных сигналов в КВ-диапазоне над очагами катастрофических землетрясений (Радиополигон «Орбита», 2750 м над ур.м.);
  • прецизионный микробарограф «ISGM03» для регистрация инфразвуковых волн в диапазоне от долей Па до 100 Па (Радиополигон «Орбита», 2750 м над ур.м.);
  • электрометр для регистрации наведенного электричества от зарядов в приземной атмосфере и электромагнитной составляющей, вызванной перемещением зарядов. (Радиополигон «Орбита», 2750 м над ур.м.).

Казахстанский многоуровневый экспериментальный комплекс, совместно с измерениями на космических обсерваториях и спутниках, позволяет проводить диагностику состояния околоземного космического пространства и прогнозировать опасные периоды космической погоды, влияющие на функционирование спутников, авиацию, системы связи и навигации. В лаборатории работает Сектор диагностики состояния околоземного космического пространства, предоставляющий ежедневный прогноз геомагнитной и радиационной обстановки.

Избранные публикации:

  1. A.V. Gurevich, G.K. Garipov, A.M. Almenova, V.P. Antonova, A.P. Chubenko, O.A. Kalikulov, A.N. Karashtin, O.N. Kryakunova, V.Yu. Lutsenko, G.G. Mitko, K.M. Mukashev, R.A. Nam, N.F. Nikolaevsky, V.I. Osedlo, M.I. Panasyuk, M.O. Ptitsyn, V.V. Piscal, V.A. Ryabov, N.O. Saduev, T.Kh. Sadykov, K.Yu. Saleev, N.M. Salikhov, A.L. Shepetov, Yu.V. Shlyugaev, S.I. Svertilov, W.M. Thu, L.I. Vil’danova, N.N. Zastrozhnova, Z.S. Zhantaev, K.S. Zhilchenko, V.V. Zhukov, K.P. Zybin. Simultaneous observation of lightning emission in different diapasons of electromagnetic spectrum in Tien-Shan mountains. Atmospheric Research. V.211. 2018. P.73-84. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2018.04.018
  2. A. Shepetov, A. Chubenko, O. Kryakunova, N. Nikolayevsky, N. Salikhov, V. Yanke. The STM32 microcontroller based pulse intensity registration system for the neutron monitor. European Physical Journal (EPJ Web of Conf.), 145:19002, 2017. DOI: 10.1051/epjconf/201614519002
  3. V.A. Ryabov, A.M. Almenova, V.P. Antonova, R.U. Beisembayev, S.P. Bezshapov, A.S. Borisov, A.P. Chubenko, O.D. Dalkarov, A.V. Gurevich, A.N. Karashtin, O.N. Kryakynova, G.G. Mitko, R.A. Mukhamedshin, K.M. Mukhashev, R.A. Nam, N.F. Nikolaevsky, V.P. Pavlyuchenko, V.V. Piscal, V.O. Ptitsyn, V.S. Puchkov, N.O. Saduev, N.Kh. Sadykov, N.M. Salikhov, S.B. Shaulov, A.L. Shepetov, Yu.V. Shlyugaev, A.V. Stepanov, WM. Thu, L.I. Vildanova, M.I. Vildanova, N.N. Zastrozhnova, V.V. Zukhov, K.P. Zybin. Modern status of the Tien-Shan cosmic ray station. European Physical Journal (EPJ Web of Conf.), 145:12001, 2017. DOI: 10.1051/epjconf/201714512001
  4. A.V. Belov, O.N. Kryakunova, A.A. Abunin, M.A. Abunina, S.P. Gaidash, N.F. Nikolayevskiy, N.M. Salikhov, I.L. Tsepakina. Characteristic Behavior of High-Energy Magnetospheric Electrons from 1987 to 2007. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2017, Vol. 81, No. 2, pp. 211–214. © Allerton Press, Inc., 2017. DOI: 10.3103/S1062873817020083
  5. A.P.Chubenko, A.L.Shepetov, V.P.Antonova, R.U.Beisembayev, A.S.Borisov, O.D.Dalkarov, O.N.Kryakunova, K.M. Mukashev, R.A.Mukhamedshin, R.A.Nam, N.F.Nikolaevsky, V.P.Pavlyuchenko, V.V.Piskal, V.S.Puchkov, V.A.Ryabov, T.Kh.Sadykov, N.O.Saduev, N.M.Salikhov, S.B.Shaulov, A.V.Stepanov, N.G.Vildanov, L.I.Vildanova, M.I.Vildanova, N.N.Zastrozhnova, V.V.Zhukov. The new EAS detector complex of the Tien Shan mountain cosmic ray station. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. A. 832. 2016. P.158-178.
  6. A.V. Gurevich, A.M. Almenova, V.P. Antonova, A.P. Chubenko, A.N. Karashtin, O.N. Kryakunova, V.Yu. Lutsenko, G.G. Mitko, M.O. Ptitsyn, V.V. Piscal, V.A. Ryabov, N.M. Salikhov, T.Kh. Sadykov, A.L. Shepetov, Yu.V. Shlyugaev, W.M. Thu, L.I. Vil’danova, N.N. Zastrozhnova, K.P. Zybin. Observations of high-energy radiation during thunderstorms at Tien-Shan. Physical Review. D 94. 023003. 2016.
  7. M. Papailiou, H. Mavromichalaki, M. Abunina, A. Belov, E. Eroshenko, V. Yanke, O. Kryakunova. Forbush Decreases associated with Western Solar Sources and Geomagnetic Storms: A Study on Precursors. Solar Physics. 2013. (DOI 10.1007/s11207-013-0231-x)
  8. O.Kryakunova, I.Tsepakina, N.Nikolayevskiy, A.Malimbayev, A.Belov, A.Abunin, M.Abunina, E.Eroshenko, V.Oleneva, V.Yanke. Influence of high-speed streams from coronal holes on cosmic ray intensity in 2007. Journal of Physics: Conference Series 409 (2013) 012181. (doi:10.1088/1742-6596/409/1/012181) IOP Publishing
  9. M Abunina, A Papaioannou, M Gerontidou, P Paschalis, A Abunin, S Gaidash, I Tsepakina, A Malimbayev, A Belov, H Mavromichalaki, O Kryakunova, P Velinov. Forecasting Geomagnetic Conditions in near-Earth space. Journal of Physics: Conference Series 409 (2013) 012197. (doi:10.1088/1742-6596/409/1/012197) IOP Publishing.
  10. O. Kryakunova, N. Nikolayevskiy, A. Malimbayev, O. Gontarev, Yu. Levin, O. Sokolova, A. Stepanov, A. Shepetov, I. Tsepakina. Kazakhstan Experimental Complex for Space Weather Investigation. Proceeding of the 32nd International Cosmic Ray Conference, August 11-18 2011, Beijing, China. V.11. P.305-308. (DOI: 10.7529/ICRC2011/V11/0788).
  11. A.V. Belov, E. A. Eroshenko, O. N. Kryakunova, V. G. Kurt, V. G. Yanke. Ground Level Enhancements of Solar Cosmic Rays during the Last Three Solar Cycles. Geomagnetism and Aeronomy. Vol. 50, No. 1, p.21-33, 2010.
  12. Mavromichalaki, H., Papaioannou, A., Plainaki, C., Sarlanis, C., Souvatzoglou, G., Gerontidou, M., Papailiou M., Eroshenko, E., Belov, A., Yanke, V., Flückiger, E. O., Bütikofer, R., Parisi, M., Storini, M., Klein K.- L., Fuller, N., Steigies, C. T., Rother, O. M., Heber, B., Wimmer – Schweingruber, R. F., Kudela, K., Strharsky, I., Langer, R., Usoskin, I., Ibragimov, A., Chilingaryan, A., Hovsepyan, G., Reymers, A., Yeghikyan, A., Kryakunova, O., Dryn, E., Nikolayevskiy, N., Dorman, L., Pustil’nik, L. Applications and usage of the real-time Neutron Monitor Database. Advances in Space Research, 47, 2011, p. 2210-2222. (doi:10.1016/j.asr.2010.02.019).
  13. Kryakunova O.N., Beisembaev R.U., Drobzhev V.I., Dryn E.A., Nikolaevskiy N.F. Identification of solar cosmic ray ground level enhancements at the middle latitudes. Proceedings of the 30th International Cosmic Ray Conference Rogelio Caballero, Juan Carlos D’Olivo, Gustavo Medina-Tanco, Lukas Nellen, Federico A. Sánchez, José F. Valdés-Galicia (eds.) Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City, Mexico, 2008. Vol. 1 (SH), pages 245-248.
  14. Belov A., Eroshenko E., Kryakunova O., Kurt V. and Yanke V. GLEs in the last three solar cycles. Proceedings of the 31st International Cosmic Ray Conference, Lodz, Poland, 7-15 July 2009, paper 0993.
  15. Belov A., Asipenka A., Dorman L., Eroshenko E. , Kryakunova O., Nikolayevsky N., Shepetov A., Yanke V., Zhang JiLong. A real-time search for solar neutron events in the data of high-altitude neutron monitors. Proceedings of the 31st International Cosmic Ray Conference, Lodz, Poland, 7-15 July 2009, paper 1107.
  16. R.U. Beisembaev, V.I. Drobzhev, E.A. Dryn, O.N. Kryakunova, N.F.Nikolaevskiy. Solar extreme events on the data of Alma-Ata neutron monitor: Identification of ground level enhancements. Advances in Space Research. V.43, pp. 509-514, 2009.
  17. A.G. Zusmanovich, O.N.Kryakunova, A.L.Shepetov. The Tien-Shan mountain cosmic ray station of the Ionosphere Institute of Kazakhstan Republic. Advances in Space Research. V.44, pp. 1194-1199, 2009.
  18. Belov A., Eroshenko E.A, Kryakunova O.N., Kurt V., Yanke V.G. X-ray Flare Characteristics and Probability of Solar Proton Events. Proceedings of the 30th International Cosmic Ray Conference Rogelio Caballero, Juan Carlos D’Olivo, Gustavo Medina-Tanco, Lukas Nellen, Federico A. Sánchez, José F. Valdés-Galicia (eds.) Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City, Mexico, 2008. Vol. 1 (SH), pages 167-170.
  19. Dvornikov V.M., Kravtsova M.V., Lukovnikova A.A., Sdobnov V.E., Belov A.V., Eroshenko E.A., Yanke V.G., Kryakunova O.N. Variations of parameters of rigidity spectrum of cosmic rays during events of January, 2005. Proceedings of the 30th International Cosmic Ray Conference Rogelio Caballero, Juan Carlos D’Olivo, Gustavo Medina-Tanco, Lukas Nellen, Federico A. Sánchez, José F. Valdés-Galicia (eds.) Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City, Mexico, 2008. Vol. 1 (SH), pages 155-158.
  20. Dvornikov V.M., Kravtsova M.V., Lukovnikova A.A., Sdobnov V.E., Kryakunova O.N. Forecast of the solar proton events according to the rigidity spectrum variations of cosmic rays. Proceedings of the 30th International Cosmic Ray Conference Rogelio Caballero, Juan Carlos D’Olivo, Gustavo Medina-Tanco, Lukas Nellen, Federico A. Sánchez, José F. Valdés-Galicia (eds.) Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City, Mexico, 2008. Vol. 1 (SH), pages 127-130.
  21. A.Belov, E. Dryn, E. Eroshenko, O. Kryakunova, V. Oleneva, V. Yanke, M. Papailiou. Behavior of the cosmic ray vector anisotropy near interplanetary shocks. Proceedings of 21st ECRS, Košice, Slovakia, 9 — 12 September 2008, p.347-350.
  22. A.Amurina, V.P.Antonova, G.M.Antova, A.P.Chubenko, V.I.Drobzhev, O.N.Kryakunova, S.V.Kryukov, A.L. Shepetov, et.all Current state of the ATHLET set-up at the Tien-Shan //Nuclear Physics B (proc.Suppl.) 151, 2006, p. 422-425.
  23. Amurina I.V., Autova G.M., Drobzhev V.I., Kryakunova O.N. et al. Modern State of the ATHLET Setup at the Tien Shan. International Journal of Modern Physics A.V.20, N29. 2005. P. 6778-6780.
  24. Belov A.V., Eroshenko E.A., Yanke V.G., Kryakunova O.N., Nikolaevskiy N.F. Space Weather Research: the Connection between Satellite Malfunction Data and Cosmic Ray Activity Indices. International Journal of Modern Physics A.V.20, N29. 2005. P. 6675-6677.
  25. Beisembaev R.U., Dryn E.A., Kryakunova O.N. Solar Neutrons and Information Criterion. International Journal of Modern Physics A.V.20, N29. 2005. P. 6672-6674.
  26. Belov A.V., Drobzhev V.I., Eroshenko E.A., Kryakunova O.N., Nikolaevskiy N.F., Yanke V.G. Zhantaev Zh.Sh. Space Weather Research by means of High Mountain Alma-Ata Neutron Monitor. Multi-Wavelength Investigations of Solar Activity. Proceeding of the 223th Symposium of the International Astronomical Union. Cambridge University Press, 2004. P. 543-544.
  27. Belov A., Dorman L., Iucci N., Kryakunova O., Ptitsyna N. The relation of high- and low-orbit satellite anomalies to different geophysical parameters.// in «Effects of Space Weather on Technology Infrastructure» edited by I.A. Daglis, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, NATO Science Series II, 2004, Vol.176, pp. 147-163.
  28. Mavromichalaki H., Yanke V., Dorman L., Iucci N., Chilingaryan A., Kryakunova O. Neutron Monitor Network in Real Time and Space Weather Tasks.// in «Effects of Space Weather on Technology Infrastructure» edited by I.A. Daglis, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, NATO Science Series II, 2004, Vol.176, pp.301-316.