Архитектура и программные средства реализации аппаратуры для научных космических экспериментов по ядерной планетологии

• Автор: Вострухин, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 163 с. : ил.

Оглавление
ГЛАВА 1. Введение
ГЛАВА 2. Состояние и перспективы создания научной аппаратуры для ядерно-физических исследований небесных тел, основные требования к архитектуре и программной реализации этой аппаратуры
2.1. Естественное нейтронное и гамма-излучение поверхности Луны и
планет под воздействием галактических космических лучей
2.2. Космические эксперименты по исследованию небесных тел ядерпо-физическими методами
2.3. Ранние измерения гамма-излучения поверхности Луны и планет
2.4. Современные и будущие исследования небесных тел методами ядерной
физики
2.5. Функциональные требования к современной ядерно-физической
аппаратуре
ГЛАВА 3. Требования к программной реализации и критерии отбора вариантов архитектуры для аппаратуры ядерно-физических исследований с борта космических аппаратов
3.1. Основные требования к архитектуре и задачи БПО для ядерно-
физических приборов
3.2. Архитектуры логически-цифрового узла космического научного прибора на основе микропроцессора и программируемой логической интегральной схемы
3.3 Процесс создания и отработки кода-описания для «прожигания» ПЛИС
3.4. Сравнительный анализ архитектур МП и ПЛИС для создания догически-цифровых узлов приборов
3.5. Обзор современной элементной базы микропроцессоров
3.6 Обзор современной элементной базы микросхем ПЛИС
3.6.1. ПЛИС Ас1е1 КТАХ^/БЬ и ЛТАХ-ОвР

3.6.2. ПЛИС А<Ле1 ЛТ РгоАБГС
3.6.3. ПЛИС АегоАех
3.6.4. ПЛИС ХШпх
3.6.5. Состояние отечественной элементной базы
ГЛАВА 4. Разработка архитектуры и создание БПО для нейтронных и гамма-
спектрометров ХЕНД-НС на борту автоматического аппарата «Фобос-грунт» и МГНС на
боргу автоматического аппарата «БепиКоломбо»
4.1. Прибор ХЕНД-НС для исследования состава вещества поверхности
Марса и Фобоса
4.2. Прибор МГНС для исследования состава вещества поверхности Меркурия
4.3. Общие требования к логически-цифровому узлу приборов ХЕНД-НС и

4.4. Варианты архитектуры логически-цифрового узла приборов ХЕНД-НС
и МГНС на основе технологий МП и ПЛИС
4.5. Описание лох'ически-цифрового узла приборов ХЕНД-НС и МГНС на
основе ПЛИС
ГЛАВА 5. Разработка архитектуры и создание БПО для нейтрон-активационного прибора
ДАН на борту автоматического посадочного аппарата МНЛ
5.1. Прибор ДАН для нейтрон-активационного зондирования вещества
поверхности Марса
5.2. Варианты архитектуры логически-цифрового узла прибора ДАН на основе технологий МП и ПЛИС
5.3. Описание отдельных блоков БПО ПЛИС логически-цифрового узла прибора ДАН
5.4. Аппаратная реализация логически-цифрового узла прибора ДАН
Глава 6. Выводы и заключение

ГЛАВА 1. Введение
Общая характеристика работы
Актуальность работы
Известно, что научные приборы для лабораторных или промышленных ядсрно-физических измерений представляют собой достаточно специфичный класс физической аппаратуры, обеспечивающей регистрацию гамма-лучей и нейтронов на основе известных процессов взаимодействия этих частиц с веществом. Современная ядерная физика включает большой и быстро развивающийся раздел экспериментального ядерного приборостроения, уровень развития которого в значительной степени определяет уровень знаний в этой области. С другой стороны, современные приборы для ядерно-физических исследований определяют возможности применения методов ядерной физики в других областях науки и техники, от медицины до геологии. Поэтому как задачи фундаментальной науки, так и потребности практических приложений создают в настоящее время достаточно мощные предпосылки для развития техники ядерно-физических измерений. Разрабатываются и создаются новые сцинтилляционные кристаллы для регистрации гамма-лучей с высокой эффективностью и высоким спектральньм разрешением, такие, например, как ЬаВг3, которые во многих случаях позволяют заменить полупроводниковые детекторы гамма-лучей из особо чистого германия и тем самым избежать необходимости применения криогенной аппаратуры для глубокого охлаждения германия. Интенсивно разрабатываются методы научного и промышленного нейтрон-активационного неразрушающего анализа элементного состава образцов вещества неизвестного происхождения или внутреннего содержимого контейнеров. Применение ядерных методов в медицине стимулировало создание таких уникальных приборов как строящие изображения гамма-камеры, которые впоследствии нашли свое применение не только в промышленной гамма-дефектоскопии, но и в создании космических гамма-телескопов.

а красная линия - району Joule с координатами 130°-150° западной долготы и 15°-40° северной широты.
Епег9у *McV)
Рис. 2.8. Спектр гамма-излучения от Луны по данным Лунар Проспектор. Сравнение спектров от районов Imbrium и Joule показывает различие излучения гамма-линий от различных участков поверхности.
Различие в распространенности калия и тория на поверхности Луны хорошо видно на картах, описывающих интенсивности соответствующих ядерных линий 1.46 МэВ (калий) и 2.62 МэВ (торий) (рис. 2.9). Область высокой интенсивности этих линий соответствует району моря Imbrium — океана Procellarum. Этот результат хорошо согласуется с более ранними результатами измерения ядерного гамма-излучения на орбитальных модулях Апполона 15 и 16.