Наземные методы изучения космических лучей и электронно-пучкового моделирования потоков вблизи космических аппаратов

В рамках данной темы проводятся исследования связанные с физическими процессами проходящими в ближнем и дальнем космосе. Изучение дальнего космоса ведется в области астрофизики, которая изучает вопросы образования и развития Вселенной, галактик, звезд и других астрофизических объектов. В последние годы в НГУ развиваются исследования в области астрофизики элементарных частиц. В рамках эксперимента TAIGA изучаются космические частицы высоких энергий: разрабатывается аппаратура для регистрации широких атмосферных ливней, рожденных первичными космическими частицами, разрабатываются программы моделирования взаимодействия частиц с атмосферой, развиваются методы определения физических параметров первичных космических частиц, методы идентификации типа ливней для исследования типа первичных частиц. В конечном счете проводимые исследования позволят получить новые знания о процессах рождения, ускорения и распространения частиц в нашей Галактике, исследовать наиболее энергетические астрофизические события, такие как вспышки сверхновых, формирование активных ядер галактик и др. Для изучения энергетического спектра первичных космических частиц будет разработана программа моделирования процедуры калибровки сцинтилляционных детекторов с помощью которой будут определены факторы определяющие точность калибровки. Также планируется вести работы по модернизации и расширению системы сцинтилляционных детекторов установки TAIGA, с целью расширения энергетического диапазона регистрируемых широких атмосферных ливней. Изучение ближнего космоса связано с исследованием процессов, проходящих вблизи космических аппаратов, а также с вопросами создания и функционирования самих космических аппаратов. Планируется провести разработку диагностической аппаратуры и методов моделирования сложных процессов истечения струй газов и жидкостей в пространстве с заданной разреженной атмосферой и вблизи космических аппаратов. Наземное моделирование, применение разработанных устройств и методик измерений позволяет расширить область разработки практических приложений с использованием излучений и электронных пучков сравнительно небольших энергий. По направлению моделирования потоков вблизи космических аппаратов будут обеспечены условия разрежения, соответствующих космическому пространству вблизи и на удалении от космических тел, потоки жидкости и газов разного состава и формы. В результате будут получены данные, позволяющие предсказывать натурные условия вблизи космических аппаратов на газодинамическом стенде, исследование газодинамической структуры сверхзвуковых струй в условиях моделирования. Приоритетной задачей также является практическое обучение молодых специалистов (студентов, аспирантов), вовлечение их в научную работу, формирование практических навыков и общепрофессиональных компетенций, как основы для закрепления в сфере науки и образования. Астрофизика объединяет в себе исследования вопросов микромира и макромира. Современные астрофизические установки регистрируют частицы с энергиями гораздо выше, чем энергии, при которых работают современные ускорители частиц. Это позволяет надеяться наблюдать в данных экспериментах эффекты связанные с Новой Физикой, за пределами Стандартной модели. Например, проводить поиски Темной материи, исследовать Лоренц-инвариантность. С другой стороны, развитие методов определения типов первичных частиц по параметрам ШАЛ может помочь исследовать механизм, причину образования «колена» (изменение наклона) в спектре первичных космических частиц при энергиях ~3 ПэВ. Развитие методов идентификации ШАЛ, порожденных гамма-квантами при энергиях выше 100 ТэВ, позволит изучать Пэватроны – источники космических частиц с энергиями ПэВ и выше. Потребность исследования струйных течений в вакууме или сильно разреженном пространстве возросла вследствие поставленных задач создания КА нового поколения с целью дальнейшего освоения космического пространства. Полномасштабные газодинамические установки требуют огромных технологических затрат. Кроме того, они сложны в эксплуатации и имеют высокую стоимость каждого экспериментального пуска. Отмеченные обстоятельства побуждают к поиску более простых и дешёвых вариантов моделирования интересующих процессов, в частности, на лабораторных экспериментальных стендах, на которых требуется развитие диагностических методик. Адаптация известных и создание новых методик исследования процессов истечения и взаимодействия газовых струй из блочных компоновок сопел, микроструй жидкости в разреженную среду, явлений бифуркации, дефрагментации, формирования отдельных капель с дальнейшим их распадом до микрочастиц, позволит сделать шаг в развитии существующих технологий и упростит процесс создания новых КА.