Полярные сияния — одно из самых завораживающих явлений природы. Они возникают, когда заряженные частицы проникают в верхние слои атмосферы и взаимодействуют с её частицами. Чтобы лучше понять механизмы этого явления, учёные из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» разработали прототип детектора, который будет регистрировать энергичные электроны, вызывающие сияния. Прибор предназначен для работы на малом космическом аппарате формата CubeSat 3U компании «Геоскан».
Детектор поможет изучать процессы в радиационных поясах Земли и собирать данные для исследования космической погоды. Регистрация энергичных электронов позволяет исследовать механизмы, связанные с полярными сияниями.
В основе прибора — сцинтилляционный кристалл иодида цезия, активированного таллием. При попадании заряженной частицы или гамма-кванта кристалл испускает вспышку света, интенсивность которой зависит от поглощённой энергии. Свет улавливают кремниевые фотоумножители, преобразующие его в электрический сигнал, по которому можно определить энергию частицы.
Одной из главных задач разработчиков стала настройка системы регистрации света: от расположения фотодетекторов зависит точность измерений. Команда также создала собственную электронную плату, которая стабилизирует питание фотоумножителей, усиливает сигнал и снижает уровень шумов. Для обработки данных используется программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС), которая отбирает полезные события с учётом ограничений памяти и передачи данных на Землю.
Прототип прошёл калибровочные испытания. Результаты показали, что прибор способен не только регистрировать частицы, но и определять их энергию — важный параметр для научных исследований. Проект реализуется в рамках научно-образовательной инициативы Space-Pi, организованной Фондом содействия инновациям при поддержке федерального проекта «Кадры для космоса».