Буклет об основных проектах Высшей школы прикладной физики и космических технологий можно скачать (на английском).
1. «Космический гамма-детектор»
Руководитель проекта:
Блинов Александр Всеволодович, д.ф.-м.н., профессор (blinov@phtf.stu.neva.ru)
О проекте:
Проект направлен на создание детектора нового поколения для исследования временных профилей и энергетических спектров гамма-всплесков космического происхождения в широком диапазоне энергий от 10 кэВ до 15 МэВ. Аппаратура должна обладать конкурентной чувствительностью и соответствовать техническим требованиям, предъявляемым к научным приборам для размещения на малых космических аппаратах.
2. «Разработка электроракетного ионного двигателя нового поколения для космических летательных аппаратов»
Руководитель проекта:
Цыбин Олег Юрьевич, д.ф.-м.н., профессор (otsybin@rphf.spbstu.ru)
О проекте:
Актуальной задачей является разработка электроракетного ионного двигателя нового поколения для обеспечения движения космических летательных аппаратов, имеющего высокие управляемость и маневренность, простую малогабаритную конструкцию с эффективным использованием вещественного ресурса, большую плотность высокоскоростного факела, высокие надежность, долговечность, коэффициент использования возобновляемой электрической энергии. Ионные двигатели создают плотность тяги порядка 1 Н/м2 при электрической мощности, получаемой от бортовых фотоэлементов, до 5 кВт и более. По сравнению с другими типами космических двигателей, в ионных устройствах может быть достигнут максимальный удельный импульс тяги. В отличие от известных химических ракетных двигателей с интенсивным сгоранием расходных веществ, для получения малой быстро переключаемой реактивной тяги в космическом вакууме используются управляемые ионно-плазменные, электро-разрядные, лазерные, и другие подобные реакции.
3. «Космическая система высокоточной автоматической идентификации судов (АИС)»
Руководитель проекта:
Попов Евгений Александрович, к.т.н., доцент (popov@spbstu.ru)
О проекте:
Система включает группировку низкоорбитальных наноспутников (высоты 400 – 600 км), а также наземную инфраструктуру и предназначена для сбора и передачи информации о географических координатах судна и состоянии груза в интересах судовладельцев, логистических компаний и индивидуальных пользователей.
Наряду с несомненными преимуществами, предоставляемыми наличием спутниковой группировки (глобальность охвата, оперативность доставки), для такой системы характерны потери данных, обусловленные внутрисистемными помехами, создаваемыми в зоне спутникового обзора. Исследования по повышению эффективности функционирования системы АИС, проводятся отечественными («Российские космические системы») и зарубежными (OrbComm, ExactEarth) промышленными и научно-исследовательскими предприятиями.
4. «Устройство определения пространственной ориентации по сигналам навигационных систем»
Руководитель проекта:
Давыденко Антон Сергеевич, вед. инженер (ammodo@yandex.ru)
О проекте:
Устройство для определения пространственной ориентации объектов по сигналам спутниковых навигационных систем BEIDOU, GPS, ГЛОНАСС актуально в тех случаях, когда требуется контроль положения объекта. В частности, система определения пространственной ориентации необходима для беспилотных летательных аппаратах.
Предлагаемый метод определения углов основан на приёме сигналов глобальных спутниковых навигационных систем (BEIDOU/GPS/ГЛОНАСС) разнесёнными антеннами, размещенными на объекте. Радиосигналы, принятые антеннами, поступают на соответствующие входы синфазного трехканального приемника, где происходит их селекция, перенос на промежуточную частоту и усиление. На плате цифровой обработки сигналов происходит аналого-цифровое преобразование и вычисление разности фаз. Используя данные от приёмника навигационных сигналов, на плате цифровой обработки также рассчитываются эталонные разности фаз. В результате обработки этих данных определяются углы, характеризующие положение объекта в пространстве, которые передаются потребителям.
Постеры по проекту:
5. «Беспроводная сенсорная система сбора данных для двигателя на основе сверхширокополосных сигналов»
Руководитель проекта:
Волвенко Сергей Валентинович, доцент (volk@cee.spbstu.ru)
О проекте:
Беспроводные сенсорные системы используются в системах контроля и диагностики двигателей (автомобильных, авиационных, вертолетных, корабельных и пр.). Такие системы могут применяться для мониторинга ракетных двигателей, двигателей с малой тягой космических аппаратов и посадочных модулей.
6. «Технология микроэлектронного производства. Микроэлектронный термоэлектрический генератор»
Руководитель проекта:
Коротков Александр Станиславович, д.т.н., профессор (korotkov@spbstu.ru)
О проекте:
Исследуются вопросы построения альтернативных источников энергии на основе энергособирающих устройств (Energy Harvesters) для сенсорных узлов беспроводных систем мониторинга состояния объектов, в частности двигателей. Перспективным видом энергособирающих устройств является термоэлектрический генератор (ТЭГ). Особым фактором, способствующим развитию техники ТЭГ, стало внедрение технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС). ТЭГ на основе МЭМС технологии – структура упорядоченных областей полупроводниковых материалов, созданных на поверхности твердого тела в виде систем субмикронного размера, статические свойства которых обеспечивают реализацию процессов генерации, преобразования и передачи энергии. В проекте разработаны теоретические основы и технология микроэлектронного производства термоэлектрических генераторов на основе эффекта Зеебека для диапазона температур 150 – 200оС. Полученные результаты соответствуют параметрам ТЭГ, производимых компаниями Micropelt, Германия, Nextreme, США, GreenTEG, Германия. Результаты достигнуты в РФ впервые и соответствуют мировому уровню.
7. «Энергоэффективные технологии генерирования сигналов в радиопередающих устройствах наземных систем связи и навигации»
Руководитель проекта:
Сороцкий Владимир Александрович, д.т.н., профессор (sorotsky@mail.spbstu.ru)
О проекте:
Применение ключевых методов генерирования и усиления сигналов позволяет повысить КПД широкого класса радиопередающих устройств наземных систем связи с 30 – 70 % до 90 – 98 %. Однако при этом необходимо решить ряд проблем, обусловленных как инерционностью электронных приборов, так и искажением сигналов в процессе нелинейных преобразований, составляющих основу ключевых методов.
Проект направлен на разработку комплекса технических решений, обеспечивающих улучшение спектрального состава сигналов, снижение уровня нелинейных искажений, уменьшение коммутационных потерь мощности в электронных приборах, расширение полосы перестройки частоты радиопередающих устройств.
Разработанные в рамках проекта научные и технологические решения наряду с системами связи найдут применение при создании радиопередающих устройств для перспективной российской навигационной системы нового поколения eЧайка, а также радиопередающих устройств для систем цифрового радиовещания диапазонов НЧ – ВЧ.
8. «Радиофотонные диаграммоформирующие системы для сверхширокополосных фазированных антенных решеток»
Руководитель проекта:
Лавров Александр Петрович, д.ф.-м.н., профессор (lavrov_ap@spbstu.ru)
О проекте:
Проект направлен на исследование и разработку методов и систем для обработки СВЧ сигналов сверхширокополосных фазированных антенных решеток (ФАР) на основе применения средств современной радиофотоники (микроволновой фотоники). Применение оптических технологий при построении диаграммоформирующих систем (ДФС) обеспечивает когерентную обработку СВЧ сигналов в мгновенном частотном диапазоне свыше 4-х октав от 1 ГГц до 20 ГГц и более, что не достижимо при использовании традиционных радиоэлектронных средств.
В основе реализуемой в проекте разработки ДФС для сверхширокополосных ФАР лежит преобразование СВЧ сигналов в оптический диапазон и реализация принципа TTD – «true time delay» – применение управляемых временных задержек вместо привычных для радиотехнических систем фазовращателей. В предлагаемой многоканальной радиофотонной ДФС используются дисперсионные свойства Брегговских дискретных и чирпированных волоконно-оптических структур и DWDM технологии для плотного оптического мультиплексирования СВЧ-модулированных оптических несущих.
9. «Лазерные диоды с узкой диаграммой направленности»
Руководитель проекта:
Жуков Алексей Евгеньевич, проф., д. ф.-м.н., член-корр. РАН (zhukale@gmail.com)
О проекте:
Полупроводниковые лазерные диоды обладают таким преимуществом, как малый вес и габариты (размеры излучающего модуля составляют миллиметры), что в частности важно для космических применений из-за высокой удельной стоимости выведения оборудования на орбиту. Кроме того, полупроводниковые лазерные диоды обладают рекордным КПД (предельные значения > 70 %), что критично для применения оборудования в условиях дефицита энергии. Еще одним преимуществом полупроводниковых лазеров на основе материалов типа А3В5 является их высокая радиационная стойкость. В проекте разрабатывается конструкция мощного лазерного диода, обладающего узкой диаграммой направленности в вертикальном направлении, работающего при комнатной и повышенной температурах. Области применения включают передачу данных в свободном пространстве, дальнометрию и навигацию, накачку твердотельных лазеров, удвоение частоты.
10. «Реализации классификатора сигналов с аналоговой модуляцией с помощью нейронных сетей»
Руководитель проекта:
Волвенко Сергей Валентинович, доцент (volk@cee.spbstu.ru)
О проекте:
Автоматическая классификация типов модуляций (англ. Automatic modulation classification, сокр. AMC) является промежуточным этапом между обнаружением сигнала и демодуляцией. Она играет ключевую роль в появляющихся интеллектуальных системах связи.
Эффективность работы приёмника напрямую связана с точностью классификатора. Разработка высокоточных методов классификации используемой схемы модуляции является актуальной задачей. Также подобный подход может использоваться для задач радиомониторинга.
В данном проекте классификация типов модуляции осуществляется на основе признаков. Процедура классификации состоит из двух этапов: извлечение характерных особенностей сигналов и их обработка. Обработку характерных особенностей сигналов предлагается выполнять с помощью нейронной сети, которая позволяет эффективно осуществлять классификацию сигналов.
11. «Разработка новых технических решений для повышения точности автономных и спутниковых навигационных систем»
Руководитель проекта:
Соколов Игорь Михайлович, д.ф.-м.н., профессор (IMS@IS12093.spb.edu)
О проекте:
Настоящий проект посвящен исследованию процессов возбуждения и регистрации резонансных квантовых переходов в электронных оболочках атомов и атомных ядрах с целью создания малогабаритных и высокоточных атомных часов, работающих на основе эффектов когерентного пленения населенностей, а также инерциальных систем навигации, построенных по схеме датчиков вращения, использующих явление ядерного магнитного резонанса.
На основе последовательного квантового подхода разработана математическая модель атомных часов, которые работают по рамзеевской схеме регистрации резонансов; предложен новый метод накачки и детектирования ядерного магнитного резонанса; построена теория квантового датчика вращения, использующего этот метод, а также создан экспериментальный макет такого датчика.
Полученные результаты могут быть использованы для повышения точности как спутниковых систем навигации, так и автономных систем позиционирования в условиях, когда спутниковая навигация невозможна.
12. «Миниатюрный мощный импульсный нано/субнаносекундный оптический излучатель для дальнодействующих радаров высокого разрешения»
Руководитель проекта:
Филимонов Алексей Владимирович, д.ф.-м.н., зав. кафедрой, директор НОЦ «ФНК» (fil@spbstu.ru)
О проекте:
Целью проекта является создание миниатюрного импульсного оптического излучателя на инфракрасном лазерном диоде с длительностью импульса порядка одной наносекунды и импульсной мощностью более 40 Вт на основе эффекта высокоэффективного лавинного переключения в биполярных кремниевых транзисторах, а также разработка конструктивных, компонентных и схемотехнических решений, позволяющих контролировать переходные процессы. Идеален для создания на его базе лидаров. Изобретение найдет широкое применение в автомобиле- и авиастроении, судостроении, в области оптической локации, автоматических системах распознавания, системах технического зрения, различных областях электронной техники.
13. «Миниатюрный квантовый магнитометр с оптической накачкой на интегральных компонентах»
Руководитель проекта:
Ермак Сергей Викторович, к.ф.-м.н., доцент (serge_ermak@mail.ru)
О проекте:
Проект направлен на создание макета миниатюрного квантового магнитометра с оптической накачкой щелочных атомов, находящихся в ячейке, созданной с применением интегральных технологий. В настоящее время уделяется пристальное внимание задачам поиска магнитных аномалий природного и техногенного происхождения на земной поверхности и на дне водных акваторий. Это связано с важностью поиска залежей полезных ископаемых (шельфовые месторождения), изучением движения земной коры (землетрясения), поиском затонувших объектов гражданского и военного происхождения, поиском продуктов техногенных катастроф. В частности, задача освоения шельфовых месторождений является стратегической для Российской Федерации. Миниатюрные квантовые магнитометры являются оптимальной основой для построения сложных магнитометрических комплексов наземного и морского базирования. Результаты проекта могут применяться при создании систем для магнитной разведки с малогабаритных наземных, воздушных и морских объектов (в том числе беспилотных), а также при создании портативных систем диагностики деятельности сердца и мозга человека, систем управления роботизированными объектами с помощью сигналов мозга оператора.
14. «Самоорганизующиеся высокотемпературные наностуктуры»
Руководитель проекта:
Габдуллин Павел Гарифович, к. ф.-м. н., доцент (gabdullin_pg@spbstu.ru)
О проекте:
Для лаборатории «Самоорганизующиеся высокотемпературные наноструктуры» существует два основных направления деятельности: разработка сверхчувствительных датчиков на основе многослойных наноструктур и разработка различного вида паяльных материалов для электроники на основе многослойных металлических наноламинатов.
Среди последних проектов с индустриальными партнерами наиболее перспективными являются:
― Внедрение технологии «SmartFoil» в производство электроники с использованием SMD-элементов.
― Разработка технологии использования материала «SmartFoil» в процессе монтажа пьезокерамических элементов.
― Разработка сверхчувствительных тонкоплёночных датчиков давления на основе многослойных наноструктур.
― Разработка сверхчувствительных тонкоплёночных датчиков температуры на основе многослойных наноструктур.
― Разработка сверхчувствительной матрицы ИК-тепловизора, для работы в высокотемпературных условиях.
15. «Высокоточная волоконно-оптическая интерферометрия»
Руководитель проекта:
Лиокумович Леонид Борисович, д.ф.-м.н., профессор (leonid@spbstu.ru)
О проекте:
Методы волоконно-оптической интерферометрии позволяют создавать измерители для систем мониторинга состояния технических объектов, систем контроля технологических процессов и позиционирования, гидроакустических систем, геологоразведки, измерения высоких токов и напряжений, и т.п. Новые датчики, сочетают рекордное разрешение и возможность функционирования в условиях, где трудно применить традиционные типы измерителей.
Проект направлен на разработку эффективных оптических схемных решений и алгоритмов обработки интерференционных сигналов, обеспечивающих надежную работу, высокую точность измерения и мультиплексирование чувствительных элементов. Обеспечение высокой разрешающей способности при надежной работе также требует изучения механизмов влияния шумов элементов схемы и возможностей его снижения за счет специальных методов демодуляции интерференционного сигнала. Полученные решения должны обеспечить внедрение волоконно-оптических интерферометрических измерителей в системы донных, бортовых и буксируемых гидроакустических антенн, комплексы геофизических скважинных измерителей, системы охраны периметра и комплексы оптических измерительных трансформаторов напряжения и тока.
16. «Разработка технологии измерения поля деформации в сварном шве»
Руководитель проекта:
Волвенко Сергей Валентинович, доцент (volk@cee.spbstu.ru)
О проекте:
Образование трещин в твёрдом теле, в том числе в процессе лазерной сварки, является сложным явлением, поскольку на этот процесс влияет взаимодействие механических, тепловых и металлургических факторов. Трещины формируются на последних стадиях кристаллизации, основной причиной их появления является деформация. Измерение деформации поверхности материалов и конструкций, подвергнутых различным нагрузкам (например, механическая нагрузка или тепловая) является важной задачей экспериментальной механики твердого тела. Существующие методы не позволяют осуществлять измерение полного поля деформации в сварном шве.
Измерение полного поля деформации локально, в непосредственной близости от фронта затвердевания во время лазерной сварки является актуальной задачей. Оптическое измерение позволяет определить реальные значения критической деформации для различных материалов, характеризующие возникновение горячих трещин в процессе лазерной сварки.
17. «Малогабаритный лазерный корреляционный спектрометр»
Руководитель проекта:
Величко Елена Николаевна, к.т.н., доцент (velichko-spbstu@yandex.ru)
О проекте:
Лазерная корреляционная спектроскопия является универсальным методом, позволяющим вычислить размеры наночастиц в растворах и взвесях. Преимуществом метода является высокая точность, быстрота и отсутствие необходимости специальной пробоподготовки, что позволяет контролировать размеры наночастиц на всех этапах производства и хранения. Невозмущающий исследуемую систему характер измерений позволяет использовать прибор для исследования нанообъектов в фармакологии, биохимических лабораториях и медицинских центрах при исследовании биологических растворов.
В данном проекте разработан малогабаритный портативный лазерный корреляционный спектрометр с программной обработкой результатов, позволяющий с высокой точностью определять размеры рассеивателей в полидисперсных растворах.
18. «Прибор для измерения параметров метеорологических осадков»
Руководитель проекта:
Малюгин Виктор Иванович, к.ф-м.н., доцент (vim@imop.ru)
О проекте:
Целью проекта является создание автоматизированной системы измерений уровня и структуры метеорологических осадков, а также сбора, обработки и передачи информации для формирования метеорологической ситуации и прогнозирования природных явлений катастрофического характера. Основным элементом системы является прибор для измерения количества, интенсивности и структуры метеорологических осадков. В основе работы прибора используется оптический метод, позволяющий одновременно и независимо определять размеры и скорости частиц в капельных потоках. Прибор может функционировать как обособленное устройство, так в составе автоматизированной сети метеостанций и использоваться для оперативного контроля природных метеорологических ситуаций.