Первичный анализ снимков с первого в мире космического зондового микроскопа "СММ-2000С" в спутнике Земли "Нанозонд-1"

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлена вся линейка уникальных кадров, полученных за полтора года с первого в мире космического сканирующего зондового микроскопа "СММ-2000С", работающего в открытом космосе в спутнике Земли "Нанозонд-1" и снимающего с нанометровой точностью изменение рельефа поверхности золотого зеркала, открытого для воздействия солнечного ветра и попадания пыли. Сделан численный анализ кадров рельефа золота на изменение параметров шероховатости, фрактальной размерности и статистики по размерам зерен, построены графики изменения этих характеристик, соотносимые с графиками солнечной активности. Предложено участие широкого научного сообщества в интерпретации полученных данных.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Б. А. Логинов

Национальный исследовательский университет МИЭТ; АО "Завод ПРОТОН"; Образовательный центр "Сириус"

Автор, ответственный за переписку.
Email: b-loginov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5081-1424

нач. лаб.

Россия, Зеленоград; Зеленоград; федеральная территория "Сириус", Москва

В. А. Беспалов

Национальный исследовательский университет МИЭТ

Email: b-loginov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4976-8515

д.т.н., чл.-корр. РАН

Россия, Зеленоград

Ю. В. Хрипунов

Орловский государственный университет имени И.С.Тургенева; Образовательный центр "Сириус"

Email: b-loginov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2250-0420

к.ф.-м.н., доц.

Россия, Орел; федеральная территория "Сириус", Москва

А. Б. Логинов

МГУ имени М.В.Ломоносова; Национальный исследовательский университет МИЭТ; АО "Завод ПРОТОН"

Email: b-loginov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2090-5301

Физический факультет, асп.

Россия, Москва; Зеленоград; Зеленоград

В. Б. Логинов

Национальный исследовательский университет МИЭТ; АО "Завод ПРОТОН"

Email: b-loginov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2116-7411

вед. констр.

Россия, Зеленоград; Зеленоград

А. А. Панфилов

Орловский государственный университет имени И.С.Тургенева

Email: b-loginov@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-4726-8414

инж.

Россия, Орел

Д. А. Пашков

МГУ имени М.В.Ломоносова

Email: b-loginov@mail.ru
ORCID iD: 0009-0004-9027-2671

НИИ ядерной физики имени Д. В.Скобельцына, вед. констр.

Россия, Москва

Список литературы

  1. Беспалов В.А., Логинов Б.А., Новиков Л.С., Никитушкина О.Н. Исследование ударной микроструктуры на поверхности медной пластины, экспонировавшейся в открытом космосе. Физика и xимия обработки материалов. 2008. № 2. С. 28–31.
  2. Логинов Б.А. Комплекс зондовой микроскопии для работы в космическом пространстве и атмосфере. Патент на изобретение 2778278 C1, 17.08.2022, Заявка № 2021128836 от 04.10.2021.
  3. Логинов Б.А. Первый в мире сканирующий зондовый микроскоп в виде спутника как старт этапа научных спутников-лабораторий. НАНОИНДУСТРИЯ. 2021. № 5. С. 22–26. https://doi.org/ 10.22184/1993-8578.2021.14.5.270.274
  4. Логинов Б.А., Логинов П.Б., Логинов В.Б., Логинов А.Б. Зондовая микроскопия: применения и рекомендации по разработке. НАНОИНДУСТРИЯ. 2019. № 6. C. 352–365. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2019.12.6.366.369
  5. Логинов Б.А., Беспалов В.А., Образцов А.Н., Логинов А.Б., Логинов В.Б., Хрипунов Ю.В., Щербина М.А., Севостьянова Д.А., Богданова Д.С., Горбачев Р.Г., Кондратьева К.Е., Лебедева М.А., Мульгин А.А., Шевченко Д.А. Разработка широкопольного сканера-профилометра и новых способов измерения твердости для первого в мире атомно-силового микроскопа спутника Земли. НАНОИНДУСТРИЯ. 2024. Т. 17. № 5. С. 248–258. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2024.17.5.248.258

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис.1. Первый в мире космический сканирующий зондовый микроскоп "СММ-2000С": a – примерный вид иглы и сканируемой ею поверхности золота, b – внешний вид микроскопа, c – процесс монтажа спутника "Нанозонд-1" с микроскопом в ракету, d – взлет ракеты

Скачать (688KB)
Метаданные
3. Рис.2. a – Юрий Хрипунов, руководитель миссии создания и запуска спутника "Нанозонд-1", организатор участия школьников в этом проекте в Образовательном центре Сириус и региональных центрах выявления и поддержки одаренных детей, b – Борис Логинов, автор проекта и микропроектов со школьниками и патента на космический микроскоп, создатель измерительных головок космического микроскопа "СММ-2000С" и его наземной версии "СММ-2000", c – Владимир Логинов, создатель программного обеспечения микроскопа, d – Артем Логинов, создатель электроники микроскопа

Скачать (281KB)
Метаданные
4. Рис.3. Вычисление параметров шероховатости: Ra – среднее от отклонений Zi всех точек по вертикали от средней линии профиля, Sm – среднее от расстояний Sm1, Sm2... по горизонтали между пересечениями профилем средней линии при ходе профиля вверх, S – среднее от расстояний S1, S2... по горизонтали между максимумами профиля

Скачать (70KB)
Метаданные
5. Рис.4. Графики изменения параметров пронумерованных по датам кадров из космоса, с графиком температур T °C start начала сканирования и T °C stop конца сканирования кадров и с данными по параметрам "нулевого" кадра от 20.09.2022, снятого с исходной поверхности золота на Земле до запуска спутника. Графики для возможности совместного отображения нормированы на шкалу 0…100, приведены значения всех параметров для уровня 0 и уровня 100 этих шкал

Скачать (400KB)
Метаданные
6. Рис.5. Соответствующий периоду полета космического микроскопа "СММ-2000С" график количества вспышек (Sunspot number), а также график плотности потока радиоизлучения Солнца (F10.5 Radio Flux) на длине волны 10,7 см (2800 МГц) в единицах потока 10-22 Вт∙м-2·Гц-1 согласно ГОСТ Р 25645.166-2004, по которому прогнозируется срок службы спутников

Скачать (375KB)
Метаданные
7. Рис.6. Более подробный график солнечных вспышек (Sunspot number) по месяцам (октябрь 2024 и январь 2025), в которые были получены несколько кадров от космического микроскопа "СММ-2000С", а также графики глобального планетарного индекса геомагнитной активности (Kp-index) в своей шкале, где "9" – экстремальный геомагнитный шторм со среднесуточным уровнем геомагнитной активности (Ap-index) в этих месяцах

Скачать (463KB)
Метаданные
8. Рис.7. Кадры с космического микроскопа "СММ-2000С". Размер кадров 4 × 4 мкм. Rmax – полный разброс высот в кадре

Скачать (1MB)
Метаданные
9. Рис.8. Кадры с космического микроскопа "СММ-2000С". Размер кадров 4 × 4 мкм. Rmax – полный разброс высот в кадре

Скачать (1MB)
Метаданные
10. Рис.9. Вычисление девяти параметров шероховатости (Rq, Ra, Rz, Rmax, Sm, S, Dq, Da, L0) по снятому на Земле до запуска микроскопа в космос кадру № 0 от 20.09.2022 (вверху) с исходной поверхности золота, а также по кадрам № 5 от 10.02.2024 (посередине) и № 29 от 9.02.2025 (внизу). На кадре № 0 от 20.09.2022 видны следы от порошинок полировальной пасты, при этом средняя шероховатость Ra = 0,38 нм, на уровне размера одного атома, а фрактальная размерность D равна всего 2,000005, что означает: исходная поверхность золота является почти идеальной плоскостью. Анализ параметров шероховатости выполнен штатной программой микроскопа "СММ-2000"

Скачать (888KB)
Метаданные
11. Рис.10. Особенный случай: на кадре №14 от 01.10.2024 график вычисления фрактальной размерности показывает, что на поверхности присутствуют два разных типа фрактально самоподобных групп объектов – в диапазоне размеров объектов от 12,94 × 12,94 до 135,7 × 135,7 нм, и в диапазоне от 238,7 × 238,7 нм до 1,102 × 1,102 мкм. Фрактальный анализ выполнен штатной программой микроскопа "СММ-2000"

Скачать (159KB)
Метаданные
12. Рис.11. Изменение распределения диаметров объектов (вычисляемых как Feret-диаметр, среднее от 18-ти проекций объекта на линии, наклоненные к горизонтали, каждая следующая через 10 градусов) примерно за два месяца воздействия солнечного ветра, с кадра №20 от 08.11.2024 до кадра №22 от 31.12.2024. Морфологический анализ выполнен штатной программой микроскопа "СММ-2000"

Скачать (514KB)
Метаданные
13. Рис.12. Анализ характерных сечений ярких точек, а также горизонтальных треков на кадрах, возможно связанных с упавшими на поверхность пылинками из космоса, которые при слабой проводимости двигаются зондом при сканировании. Анализ сечений выполнен штатной программой микроскопа "СММ-2000"

Скачать (259KB)
Метаданные

© Логинов Б.А., Беспалов В.А., Хрипунов Ю.В., Логинов А.Б., Логинов В.Б., Панфилов А.А., Пашков Д.А., 2025