Заявка на грант РНФ 2021 (осень)

Конкурсная документация

Заявка на Госзадание

Отрасль знания: 02 - Физика и наука о космосе
Основной код классификатора: 02-703 Солнце и Солнечная система
Дополнительные коды классификатора: 02-503 Ионосферная и космическая плазма
Код ГРНТИ: 41.19.02 - Общие проблемы исследований Солнечной системы

1.1 Название проекта на русском:
Лабораторные исследования динамических процессов плазменно-пылевой экзосферы Луны и других безатмосферных тел

Laboratory research of plasma-dusty dynamic processes of the Moon and other atmosphereless bodies

Направление из Стратегии НТР РФ:
Н6 Связанность территории Российской Федерации за счет создания интеллектуальных транспортных и телекоммуникационных систем, а также занятия и удержания лидерских позиций в создании международных транспортно-логистических систем, освоении и использовании космического и воздушного пространства, Мирового океана, Арктики и Антарктики

Обоснование соответствия тематики проекта направлению из Стратегии НТР РФ: необходимо кратко сформулировать научную проблему (проблемы) и конкретные задачи в рамках выбранного направления, решению которых будет посвящен проект, обосновать соответствие проекта направлению:
Проект направлен на решение одной из фундаментальных проблем современной планетологии - проблему плазменно-пылевой динамики безатмосферных тел. Впервые эта проблема возникла в 60х-70х годах прошлого века в результате реализации посадочных экспедиций на поверхность Луны - советских посадочных станций серии «Луна», Луноход-1, -2, американских программ Surveyor, Apollo. Именно тогда были обнаружены видимые рассеяния солнечного света у поверхности Луны, а также деградация элементов и систем посадочных аппаратов, в частности, солнечных батарей, оптики, механических узлов, герметичность систем. Важнейшим показателем влияния пыли на исследование Луны являются отчеты астронавтов миссий «Apollo» о негативных последствиях осаждения пылевых частиц на поверхностях служебных систем, скафандров астронавтов, попадания в обитаемые модули и механизмы, попадание в организм негативное воздействие на здоровье астронавтов.
Важность исследований динамических процессов плазменно-пылевой экзосферы Луны и актуальность этих исследований связана с реализацией в ближайшие годы (с 2022 г.) подготавливаемых в настоящее время проектов автоматических станций по исследованию Луны и перспективными планами исследований и освоения Луны, принятыми Федеральной космической программой РФ. В настоящее время программы исследований динамики пылевой компоненты лунного реголита методами лабораторного моделирования и влияния ее на служебные системы космических аппаратов в нашей стране отсутствует.
Решение задач по экспериментальному моделированию плазменно-пылевых процессов на поверхности Луны позволит с большим пониманием подходить к дальнейшему проектированию приборов и апппаратов для изучения Луны, а также к обеспечению безопасности в ходи пилотируемых миссий.

1.2 Приоритетное направление развития науки, технологий и техники в Российской Федерации, критическая технология:
3. Информационно-телекоммуникационные системы.
24. Технологии создания ракетно-космической и транспортной техники нового поколения.

1.3 Ключевые слова (приводится не более 15 терминов)
динамики пылевых частиц, Луна, астероиды, спутники Марса, реголит, цифровая обработка изображений, индукционные датчики, ударные датчики

dynamics of dust particles, the moon, asteroids, satellites of Mars, regolith, digital image processing, induction sensors, shock sensors

1.4 Аннотация проекта (объемом не более 2 стр.; в том числе кратко – актуальность решения указанной выше научной проблемы и научная новизна):

Космические пылевые частицы, составляющие значимую часть галактик, звёздных и планетных систем и участвующие в формировании звездных систем, оказывают значительное влияние на различные процессы, происходящие вблизи космических объектов на разных этапах их эволюции. Твердые частицы от нано-размеров до 1 мм, участвуют в формировании поверхностей, атмосфер и экзосфер небесных тел Солнечной системы. Плазменно-пылевые процессы вблизи различных космических тел, ответственны в частности, за формирование пылевых колец и торов Сатурна, Юпитера, выбросы пылевых частиц и аэрозолей, содержащихся во льдах кометы. Постоянная бомбардировка поверхностей безатмосферных тел приводит к формированию и постоянной эрозии их реголита с образованием взвешенных пылевых частиц над их поверхностями (Луна, спутники Марса, Меркурий, астероиды и др.). Изучение этих явлений чрезвычайно важно для понимания физических механизмов и роли пылевой составляющей в наблюдаемых динамических процессах. Созданные многочисленные теоретические модели, описывающие динамику пылевых частиц, иногда противоречат друг другу и немногочисленным наблюдениям и нуждаются в уточнении и экспериментальном подтверждении.

Например, фактически общепринятым в настоящее время считается, что пыль над поверхностью безатмосферных космических тел, таких как Луна, является составной частью плазменно-пылевой окружающей системы [1–9]. Во время первой активной кампании по исследованию Луны советскими и американскими космическими аппаратами в 60-е годы прошлого века неожиданным стало наблюдение периодически возникающего зарева над лунной поверхностью, зарегистрированного теле- и фотокамерами, установленными на автоматических посадочных аппаратах. После захода Солнца за горизонт телевизионные камеры посадочных аппаратов «Surveyor-5, -6 и -7» [10] временами регистрировали активное постзакатное свечение над поверхностью. Этот эффект, названный Lunar Horizon Glow (LHG), авторы интерпретировали как рассеяние света на микрочастицах, левитирующих над поверхностью на высоте < 1 м под действием электростатических сил. В той же работе, предполагая, что эти частицы сферические, авторы оценили их радиус (~ 5-6 мкм) и концентрацию в столбе (~ 50 см^(-3)).

Впоследствии была выполнена прямая регистрация динамики пылевых частиц над поверхностью Луны с помощью эксперимента Lunar Ejecta and Meteorite (LEAM), развернутого астронавтами экспедиции «Apollo-17» [11]. За время работы прибора максимальная скорость счета детекторов наблюдалась в районе светотеневого терминатора, причем наибольшее увеличение потоков таких низкоскоростных частиц происходило на восходе Солнца. Эти данные, в силу определенных особенностей измерений, безусловно, требовали дальнейшей проверки.

Другим «пылевым» экспериментом, выполненным по программе «Apollo», можно считать проведенные оценки скорости осаждения пылевых частиц на элементы солнечных панелей по данным измерений их выходного напряжения (Dust Detector Experiment (DDE), [12]). Первые результаты показали, что осаждение пыли было менее ожидаемого, однако последующий анализ данных привел авторов к заключению, что на полученные результаты влияли такие дополнительные факторы, приводящие к частичному очищению поверхности солнечных элементов, как, например, взлет десантного модуля с поверхности Луны или воздействие солнечной радиации [13]. Важнейшим показателем влияния пыли на исследование Луны являются отчеты астронавтов миссий «Apollo» о негативных последствиях осаждения пылевых частиц на поверхностях служебных систем, скафандров астронавтов, попадания в обитаемые модули и механизмы, попадание в организм негативное воздействие на здоровье астронавтов [14].

Новейшие исследования, проведенные в ходе выполнения китайской миссии Chang'E-3 показали, что процесс осаждения пыли на солнечные панели аппарата, расположенные на высоте ~ 2 м от поверхности Луны, происходит не только в первую лунацию после посадки аппарата (вследствие подъема пылевых частиц двигателями), но и в течение 12 лунаций после [15]. Подобная пылевая динамика свойственна множеству других безатмосферных объектов Солнечной системы [16-18].

Настоящий проект направлен, в первую очередь, на экспериментальное развитие методов моделирования процессов образования и динамики пылевых и плазменно-пылевых явлений, окружающих космические тела Солнечной системы. В ходе реализации проекта предполагается модернизация экспериментальной установки для проведения экспериментов по моделированию (воссозданию) условий, способствующих активации пылевой динамики. Ключевыми моментами при постановке экспериментов являются:
- воссоздание условий, способствующих отрыву пылевых частиц от имитатора реголита (включая: напряженность электрического поля, воздействие УФ-излучения и воздействие потока электронов солнечного ветра);
- развитие методов детектирования взлетевших пылевых частиц и их свойств (предполагаются оптические, пролётные и контактные методы регистрации);
- подбор имитаторов реголита по гранулометрическим и электропроводным свойствам;
- развитие методов и механизмов сбора и обработки полученной информации.

Недостаточность современных знаний о физических процессах, происходящих при взаимодействии пылевой компоненты с поверхностями космических тел, и определяют актуальность проекта. Следует отметить, что предполагаемые результаты проекта важны не только с точки зрения чистой науки, но и для понимания и предсказания динамического состояния окружающей среды космических объектов. Кроме того, результаты автоматических миссий и пилотируемых экспедиций на поверхность Луны и Марса показали чрезвычайно агрессивное воздействие Лунной и Марсианской пыли на оборудование и системы космических аппаратов. Опыт пребывания американских аcтронавтов на поверхности Луны по программе Apollo показал агрессивное влияние лунной пыли на системы жизнеобеспечения космонавтов и на самого человека. Исследование механизмов и степени влияния пылевых частиц на устойчивую работоспособность космических аппаратов и их систем важно для проектирования и выполнения программ по исследованию Луны, Марса и Фобоса, которые включены в Федеральную космическую программу 2016-2025 гг. и отдаленную перспективу.

Научная новизна проекта определяется тем, что в нем впервые будет реализована экспериментальная установка по физическому моделированию плазменно-пылевой динамики безатмосферных тел способная воссоздать комплексное воздействие факторов космического пространства на симулянты грунта, и тем, что экспериментальные исследования будут проводиться по методике измерения параметров пылевых частиц на основе комплексирования сигналов с различных датчиков, включая видеорегистрацию процессов с последующей цифровой обработкой изображений.

Созданная при выполнении гранта экспериментальная установка позволит разработать новые и усовершенствовать имеющиеся методы регистрации пылевых частиц и электростатических полей, влияющих на динамику частиц. Планируемый цикл работ и полученные результаты крайне необходимы для развития космического приборостроения, создания научных инструментов по изучению пылевых процессов и их влияния на работу служебных систем орбитальных и посадочных космических аппаратов.

1. T.J. Stubbs, R.R. Vondrak, and W.M. Farrell, Adv. Space Res. 37, 59 (2006).
2. Z. Sternovsky, P. Chamberlin, M. Hor´anyi, S. Robertson, and X. Wang, J. Geophys. Res. 113, A10104 (2008).
3. T.J. Stubbs, D.A. Glenar, W.M. Farrell, R.R. Vondrak, M.R. Collier, J.S. Halekas, and G.T. Delory, Planet. Space. Sci. 59, 1659 (2011).
4. А.П. Голубь, Г.Г. Дольников, А.В. Захаров, Л.М. Зеленый, Ю.Н. Извекова, С.И. Копнин, С.И. Попель, Письма в ЖЭТФ 95, 198 (2012).
5. С.И. Попель, С.И. Копнин, А.П. Голубь, Г.Г. Дольников, А.В. Захаров, Л.М. Зеленый, Ю.Н. Извекова, Астрономический вестник 47, 455 (2013).
6. Е.А. Лисин, В.П. Тараканов, О.Ф. Петров, С.И. Попель, Г.Г. Дольников, А.В. Захаров, Л.М. Зеленый, В.Е. Фортов, Письма в ЖЭТФ 98, 755 (2013).
7. С.И. Попель, А.П. Голубь, Ю.Н. Извекова, В.В. Афонин, Г.Г. Дольников, А.В. Захаров, Л.М. Зеленый, Е.А. Лисин, О.Ф. Петров, Письма в ЖЭТФ 99, 131 (2014).
8. Т.М. Буринская, Физика плазмы 40, 17 (2014).
9. S.I. Popel, L.M. Zelenyi, and B. Atamaniuk, Phys. Plasmas 22, 123701 (2015).
10. Rennilson J.J., Criswell D.R. Surveyor observations of lunar horizon-glow. The Moon. 1974. V. 10. P. 121–142.
11. Berg O.E., Wolf H., Rhee J. Lunar soil movement registered by the Apollo 17 cosmic dust experiment Interplanetary Dust and Zodiacal Light. Lecture Notes in Physics. V. 48. Springer. Berlin, Heidelberg, 1976.
12. O’Brien B.J. Direct active measurements of movements of lunar dust: rocket exhausts and natural effects contaminating and cleaning Apollo hardware on the Moon in 1969. Geophysical Research Letters. 2009. V. 36.
13. O’Brien B.J. Review of measurements of dust movements on the Moon during Apollo. Planet. Space Sci. 2011. V. 59. P. 1708–1726.
14. Gaier J. Effects of Lunar Dust on EVA Systems During the Apollo Missions. TNASA/TM – 2005-213610, NASA Center for Aerospace Information, Hanover, 2005
15. Li, D., Wang, Y., Zhang, H., Wang, X., Wang, Y., Sun, Z., et al. (2020). In situ investigations of dust above the lunar terminator at the Chang'E‐3 landing site in the Mare Imbrium. Geophysical Research Letters, 47, e2020GL089433. https://doi.org/10.1029/2020GL089433
16. S.I. Popel, A.P. Golub’, A.V. Zakharov, L.M. Zelenyi, 2017, published in Pis’ma v Zhurnal Eksperimental’noi i Teoreticheskoi Fiziki, 2017, Vol. 106, No. 8, pp. 469–475.
17. Krivov, Alexander & Feofilov, Artem & Dikarev, Valeri. (2006). Search for the putative dust belts of Mars: The late 2007 opportunity. Planetary and Space Science. 54. 871-878. 10.1016/j.pss.2006.05.007.
18. Cohen, B. & Szalay, Jamey & Rivkin, A. & Richardson, J. & Klima, R. & Ernst, C. & Chabot, Nancy & Sternovsky, Zoltan & Horanyi, Mihaly. (2019). Using dust shed from asteroids as microsamples to link remote measurements with meteorite classes. Meteoritics & Planetary Science. 54. 10.1111/maps.13348.

Cosmic dust particles, which make up a significant part of galaxies, stellar and planetary systems and participate in the formation of stellar systems, have a significant impact on various processes occurring near space objects at different stages of their evolution. Solid particles from nano-sizes up to 1 mm are involved in the formation of surfaces, atmospheres and exospheres of the celestial bodies of the solar system. Plasma-dust processes near various cosmic bodies are responsible, in particular, for the formation of dust rings and tori of Saturn, Jupiter, emissions of dust particles and aerosols contained in the comet's ice. Constant bombardment of the surfaces of atmospheric bodies leads to the formation and constant erosion of their regolith with the formation of suspended dust particles above their surfaces (the Moon, satellites of Mars, Mercury, asteroids, etc.). The study of these phenomena is extremely important for understanding the physical mechanisms and the role of the dust component in the observed dynamic processes. The created numerous theoretical models describing the dynamics of dust particles sometimes contradict each other and few observations and need refinement and experimental confirmation.

For example, it is actually generally accepted at present that dust above the surface of non-atmospheric space bodies, such as the Moon, is an integral part of the plasma-dusty surrounding system [1–9]. During the first active campaign for the exploration of the Moon by Soviet and American spacecraft in the 60s of the last century, the observation of a periodically occurring glow over the lunar surface, recorded by television and photographic cameras installed on automatic landing vehicles, was unexpected. After the sun set over the horizon, the television cameras of the Surveyor-5, -6, and -7 [10] lander from time to time recorded an active post-sunset glow above the surface. This effect, called Lunar Horizon Glow (LHG), was interpreted by the authors as the scattering of light by microparticles levitating above the surface at a height of <1 m under the action of electrostatic forces. In the same work, assuming that these particles are spherical, the authors estimated their radius (~ 5-6 μm) and concentration in the column (~ 50 cm^(-3)).

Subsequently, direct registration of the dynamics of dust particles over the lunar surface was performed using the Lunar Ejecta and Meteorite (LEAM) experiment deployed by the astronauts of the Apollo-17 expedition [11]. During the operation of the device, the maximum counting rate of the detectors was observed in the region of the cut-off terminator, and the greatest increase in the fluxes of such low-speed particles occurred at sunrise. These data, due to certain specific features of the measurements, undoubtedly required further verification.

Another “dusty” experiment carried out using the Apollo program is the estimated rate of deposition of dust particles on solar panel elements based on measurements of their output voltage (Dust Detector Experiment (DDE), [12]). The first results showed that the deposition of dust was less than expected, however, subsequent analysis of the data led the authors to the conclusion that the results were influenced by such additional factors leading to a partial cleaning of the surface of solar cells, such as, for example, the takeoff of the landing module from the surface of the Moon or the influence of the sun radiation [13]. The most important indicator of the effect of dust on the exploration of the Moon is the reports of the astronauts of the Apollo missions on the negative consequences of the deposition of dust particles on the surfaces of service systems, astronaut suits, getting into habitable modules and mechanisms, and negative effects on the health of astronauts entering the body [14].

The latest research carried out during the Chinese mission Chang'E-3 showed that the process of dust deposition on the solar panels of the vehicle located at an altitude of ~ 2 m from the surface of the Moon occurs not only during the first lunation after the landing of the vehicle (due to the rise of dust particles by engines ), but also within 12 lunations after [15]. A similar dusty dynamics is characteristic of many other non-atmospheric objects of the solar system [16-18].

This project is aimed, first of all, at the experimental development of methods for modeling the formation processes and dynamics of dust and plasma-dust phenomena surrounding the space bodies of the solar system. During the implementation of the project, it is planned to modernize the experimental setup for conducting experiments on modeling (recreating) the conditions that promote the activation of dust dynamics. The key points when setting up experiments are: - reconstruction of conditions conducive to the separation of dust particles from the regolith simulator (including: electric field strength, exposure to UV radiation and exposure to the solar wind electron flux);
- development of methods for detecting flying dust particles and their properties (optical, transit and contact methods of registration are assumed);
- selection of regolith simulators in terms of granulometric and electrical conductive properties;
- development of methods and mechanisms for collecting and processing the information received.

The lack of modern knowledge about the physical processes occurring during the interaction of the dust component with the surfaces of space bodies determines the relevance of the project. It should be noted that the expected results of the project are important not only from the point of view of pure science, but also for understanding and predicting the dynamic state of the environment of space objects. In addition, the results of unmanned missions and manned expeditions to the surface of the Moon and Mars have shown an extremely aggressive effect of Lunar and Martian dust on equipment and systems of spacecraft. The experience of American astronauts staying on the lunar surface under the Apollo program showed the aggressive influence of lunar dust on the life support systems of astronauts and on man himself. The study of the mechanisms and the degree of influence of dust particles on the sustainable performance of spacecraft and their systems is important for the design and implementation of programs for the exploration of the Moon, Mars and Phobos, which are included in the Federal Space Program 2016-2025. and a distant perspective.

The scientific novelty of the project is determined by the fact that it will be the first to implement an experimental setup for physical modeling of dusty plasma dynamics of atmospheric bodies capable of reconstructing the complex effect of space factors on soil simulators, and by the fact that experimental research will be carried out using the method of measuring the parameters of dust particles based on combining signals from various sensors, including video recording of processes with subsequent digital image processing.

The experimental setup created under the grant will make it possible to develop new and improve existing methods for registering dust particles and electrostatic fields that affect particle dynamics. The planned cycle of work and the results obtained are extremely necessary for the development of space instrumentation, the creation of scientific instruments for the study of dust processes and their influence on the operation of the service systems of orbital and landing spacecraft.

1. T.J. Stubbs, R.R. Vondrak, and W.M. Farrell, Adv. Space Res. 37, 59 (2006).
2. Z. Sternovsky, P. Chamberlin, M. Hor'anyi, S. Robertson, and X. Wang, J. Geophys. Res. 113, A10104 (2008).
3. T.J. Stubbs, D.A. Glenar, W.M. Farrell, R.R. Vondrak, M.R. Collier, J.S. Halekas, and G.T. Delory, Planet. Space. Sci. 59, 1659 (2011).
4. A.P. Dove, G.G. Dolnikov, A.V. Zakharov, L.M. Zeleny, Yu.N. Izvekova, S.I. Kopnin, S.I. Popel, JETP Letters 95, 198 (2012).
5. S.I. Popel, S.I. Kopnin, A.P. Dove, G.G. Dolnikov, A.V. Zakharov, L.M. Zeleny, Yu.N. Izvekova, Astronomical Bulletin 47, 455 (2013).
6. E.A. Lisin, V.P. Tarakanov, O.F. Petrov, S.I. Popel, G.G. Dolnikov, A.V. Zakharov, L.M. Zeleny, V.E. Fortov, JETP Letters 98, 755 (2013).
7.S.I. Popel, A.P. Golub, Yu.N. Izvekova, V.V. Afonin, G.G. Dolnikov, A.V. Zakharov, L.M. Zeleny, E.A. Lisin, O.F. Petrov, JETP Letters 99, 131 (2014).
8.T.M. Burinskaya, Plasma Physics 40, 17 (2014).
9. S.I. Popel, L.M. Zelenyi, and B. Atamaniuk, Phys. Plasmas 22, 123701 (2015).
10. Rennilson J.J., Criswell D.R. Surveyor observations of lunar horizon-glow. The Moon. 1974. V. 10. P. 121-142.
11. Berg O.E., Wolf H., Rhee J. Lunar soil movement registered by the Apollo 17 cosmic dust experiment Interplanetary Dust and Zodiacal Light. Lecture Notes in Physics. V. 48. Springer. Berlin, Heidelberg, 1976.
12. O'Brien B.J. Direct active measurements of movements of lunar dust: rocket exhausts and natural effects contaminating and cleaning Apollo hardware on the Moon in 1969. Geophysical Research Letters. 2009. V. 36.
13. O'Brien B.J. Review of measurements of dust movements on the Moon during Apollo. Planet. Space Sci. 2011. V. 59. P. 1708-1726.
14. Gaier J. Effects of Lunar Dust on EVA Systems During the Apollo Missions. TNASA / TM - 2005-213610, NASA Center for Aerospace Information, Hanover, 2005
15. Li, D., Wang, Y., Zhang, H., Wang, X., Wang, Y., Sun, Z., et al. (2020). In situ investigations of dust above the lunar terminator at the Chang'E-3 landing site in the Mare Imbrium. Geophysical Research Letters, 47, e2020GL089433. https://doi.org/10.1029/2020GL089433
16. S.I. Popel, A.P. Golub ', A.V. Zakharov, L.M. Zelenyi, 2017, published in Pis'ma v Zhurnal Eksperimental'noi i Teoreticheskoi Fiziki, 2017, Vol. 106, No. 8, pp. 469-475.
17. Krivov, Alexander & Feofilov, Artem & Dikarev, Valeri. (2006). Search for the putative dust belts of Mars: The late 2007 opportunity. Planetary and Space Science. 54.871-878. 10.1016 / j.pss.2006.05.007.
18. Cohen, B. & Szalay, Jamey & Rivkin, A. & Richardson, J. & Klima, R. & Ernst, C. & Chabot, Nancy & Sternovsky, Zoltan & Horanyi, Mihaly. (2019). Using dust shed from asteroids as microsamples to link remote measurements with meteorite classes. Meteoritics & Planetary Science. 54.10.1111 / maps.13348.

1.5 Ожидаемые результаты и их значимость (указываются результаты, их научная и общественная значимость (соответствие предполагаемых результатов мировому уровню исследований, возможность практического использования ожидаемых результатов проекта в экономике и социальной сфере))
В результате выполнения проекта будут получены следующие результаты:
1. Результаты экспериментальных исследований по физическому моделированию пылевой динамики безатмосферных тел в лабораторных условиях имеют важное значение для фундаментальной науки и практических результатов. Экспериментальная установка позволит моделировать условия близкие к тем, которым подвергается реголит безатмосферных тел, а именно - вакуум, облучение ультрафиолетом, создание низкотемпературной плазмы для имитации солнечного ветра и приповерхностной экзосферы безатмосферного тела. Эти факторы, имитирующие внешнее воздействие на Луну, позволит создать плазменно-пылевую среду, подобную той, которая характеризует условия у поверхности Луны. Исследования динамики пылевых частиц в этой среде, а также воздействия заряженных микрочастиц на различные материалы и системы является основным научным и практическим результатом этих исследований. Подобные эксперименты проводятся в США, ФРГ, Чехии и, по-видимому, в Китае. В нашей стране моделирование динамики микрочастиц в условиях подобных лунным, проводятся в ИКИ РАН с участием МЭИ и ОИВТ с целью отработки приборов для лунных посадочных аппаратов, планируемых к запуску в 2022 и 2025 гг. Как правило, для исследования взаимодействия реголита с факторами космического пространства используются установки, позволяющие имитировать лишь частично воздействия этих факторов, комплексных же исследований динамики частиц при воздействии таких факторов на данный момент практически не существует (например, Wang et al., 2016; Carroll et al., 2020; Örger et al., 2018; Oudayer et al., 2019). Важность исследования и применение практических результатов определяется сформированной ФКП и дальнейшим изучением космоса, в особенности в ходе пилотируемых миссий.
2. Модернизация существующей экспериментальной установки по моделированию плазменно-пылевой среды и имитации физических процессов в приповерхностных областях безатмосферных тел. Она позволит выполнить моделирование воздействия на реголит безатмсоферных тел внешних факторов – потоков ионов, электронов, УФ-излучения с использованием различных имитаторов реголита, исследовать влияние упомянутых факторов на конструкционные материалы и научные приборы.
3. Реализация методики измерения параметров плазменно-пылевой среды и динамики пылевых частиц на основе комплексирования сигналов с различных датчиков. Одновременно с оптическим методом будет использована регистрация параметров среды и микрочастиц с помощью индукционных и ударных датчиков. Совместно с видеорегистрацией происходящих процессов с помощью двух и более цифровых камер и последующей цифровой обработкой изображений, будет возможно определить параметры частиц: скорость, заряд, массу и размер. Это позволит проводить исследования плазменно-пылевой динамики безатмосферных тел на качественно новом уровне.

Полученные результаты физического моделирования плазменно-пылевых процессов у поверхностей безатмосферных тел помимо важнейшего значения для развития фундаментальной науки, имеют огромное прикладное значение для реализации перспективных космических программ планетных исследований, в частности Луны, спутников Марса, астероидов. Интерес к исследованию этих тел прослеживается особенно в последние годы, как в нашей стране, так и в ведущих зарубежных университетах и космических агентствах. Цели исследований и ожидаемые результаты находятся на самом передовом уровне современных планетных исследований и технологических разработок. Проект сочетает в себе тесное взаимодействие теоретической и экспериментальной научной работы. Экспериментальные исследования будут выполнены на уникальном оборудовании. Опыт, имеющийся на данный момент, соответствуют передовым мировым разработкам, ведущимся в университетах и космических центрах США (НАСА) и Европы (ЕКА), что подтверждается тесным сотрудничеством и взаимными интересами, выражающимися в совместных проектах и публикациях участников проекта, рабочих совещаниях, участием в международных конференциях, в частности с учеными Германии, Италии, США, Франции.

As a result of the project, the following results will be obtained:
1. The results of experimental studies on the physical modeling of dusty dynamics of atmosphereless bodies in laboratory conditions are of great importance for fundamental science and practical results. The experimental setup will make it possible to simulate conditions close to those to which the regolith of atmosphereless bodies is subjected, namely, vacuum, ultraviolet irradiation, the creation of low-temperature plasma to simulate the solar wind and the near-surface exosphere of an atmosphereless body. These factors, simulating an external impact on the Moon, will create a dusty plasma environment similar to that which characterizes the conditions at the Moon's surface. Studies of the dynamics of dust particles in this environment, as well as the effect of charged microparticles on various materials and systems, is the main scientific and practical result of these studies. Similar experiments are being carried out in the USA, the Federal Republic of Germany, the Czech Republic and, apparently, in China. In our country, modeling of the dynamics of microparticles under conditions similar to those of the moon is being carried out at the IKI RAS with the participation of MPEI and JIHT in order to test instruments for lunar landing vehicles, which are planned to be launched in 2022 and 2025. As a rule, to study the interaction of the regolith with the factors of outer space, setups are used that make it possible to simulate only partially the effects of these factors, while complex studies of the dynamics of particles under the influence of such factors are practically non-existent at the moment (for example, Wang et al., 2016; Carroll et al., 2020; Örger et al., 2018; Oudayer et al., 2019). The importance of research and the application of practical results is determined by the formed FKP and further space exploration, especially during manned missions.
2. Modernization of the existing experimental setup for modeling a dusty plasma environment and simulating physical processes in the near-surface regions of atmosphereless bodies. It will make it possible to simulate the effect of external factors on the regolith of atmosferous bodies - fluxes of ions, electrons, UV radiation using various regolith simulators, to study the influence of these factors on structural materials and scientific instruments.
3. Implementation of the methodology for measuring the parameters of dust particles based on the integration of signals from various sensors, along with the optical method will be used to register the parameters of particles using induction and shock sensors. Together with video recording of the ongoing processes using two or more digital cameras, it will be possible to determine all the parameters of particles: velocity, charge, mass and size. This will make it possible to carry out studies of the plasma-dust dynamics of atmosphereless bodies at a qualitatively new level.

The obtained results of physical modeling of dusty plasma processes near the surfaces of atmospheric bodies, in addition to being of great importance for the development of fundamental science, are of great applied importance for the implementation of promising space programs for planetary research, in particular the Moon, satellites of Mars, asteroids. Interest in the study of these bodies can be traced especially in recent years, both in our country and in leading foreign universities and space agencies. Research objectives and expected results are at the most advanced level of current planetary research and technological development. The project combines close interaction of theoretical and experimental scientific work. Experimental studies will be carried out using unique equipment. The experience available at the moment corresponds to the advanced world developments carried out in the universities and space centers of the United States (NASA) and Europe (ESA), which is confirmed by close cooperation and mutual interests expressed in joint projects and publications of project participants, workshops, participation in international conferences, in particular with scientists from Germany, Italy, USA, France.

1.6 В состав научного коллектива будут входить:
10 исполнителей проекта (включая руководителя), в том числе 7 исполнителей в возрасте до 39 лет включительно, из них: 4 очных аспирантов, адъюнктов, интернов, ординаторов, студентов.

1.7 Планируемый состав научного коллектива с указанием фамилий, имен, отчеств (при наличии) членов коллектива, их возраста на момент подачи заявки, ученых степеней, должностей и основных мест работы, формы отношений с организацией (трудовой договор, гражданско-правовой договор) в период реализации проекта
1. Поройков Антон Юрьевич, 35, к.т.н., доцент НИУ «МЭИ», трудовой договор
2. Захаров Александр Валентинович, 80, д.ф.-м.н., г.н.с. ИКИ РАН, ГПД
3. Бухаров Александр Васильевич, 65, д.т.н., профессор НИУ «МЭИ», трудовой договор
4. Шашкова Инна Александровна, 33, к.т.н., м.н.с. ИКИ РАН, ГПД
5. Кузнецов Илья Александрович, 32, без степени, м.н.с. ИКИ РАН, ГПД
6. Ляш Андрей Николаевич, 56, без степени, научный сотрудник ИКИ РАН, ГПД
7. Шматко Екатерина Викторовна, 23, без степени, аспирант 1 года НИУ «МЭИ», трудовой договор
8. Сивов Никита Юрьевич, 20, без степени, студент 4 курса НИУ «МЭИ», трудовой договор
9. Вишневский Евгений Владимирович, 29, без степени, аспирант НИУ «МЭИ», трудовой договор
10. Шеховцова Анастасия Валерьевна, 22, без степени, магистрант 1 года МГУ им. М.В.Ломоносова, инженер ИКИ РАН, ГПД

1. Poroykov Anton Yurievich, 35, Ph.D., associate professor of the National Research University «MPEI», employment contract
2. Zakharov Alexander Valentinovich, 80, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher IKI RAN, employment contract
3. Bukharov Alexander Vasilievich, 65, Doctor of Technical Sciences, Professor of the National Research University «MPEI», employment contract
4. Shashkova Inna Aleksandrovna, 33, Ph.D., junior researcher IKI RAN, employment contract
5. Kuznetsov Ilya Aleksandrovich, 32, no degree, junior researcher IKI RAN, employment contract
6. Lyash Andrey Nikolaevich, 56, no degree, researcher at IKI RAS, employment contract
7. Shmatko Ekaterina Viktorovna, 23, no degree, 1-year post-graduate student of the National Research University «MPEI», employment contract
8. Sivov Nikita Yurievich, 20, no degree, 4th year student of NRU «MPEI», employment contract
9. Vishnevsky Evgeny Vladimirovich, 29, no degree, post-graduate student of the National Research University «MPEI», employment contract
10. Shekhovtsova Anastasia Valerievna, 22, no degree, 1 year master's student at Moscow State University. M.V. Lomonosov, engineer of IKI RAS, employment contract

Соответствие профессионального уровня членов научного коллектива задачам проекта:
Руководитель проекта к.т.н., доцент А.Ю. Поройков работает в должности доцента кафедры физики им В.А. Фабриканта НИУ «МЭИ» с 2015 года. Преподает следующие дисциплины для бакалавров и магистрантов: «Волоконная и интегральная оптика», «Компьютерная фильтрация изображений», «Компьютерная обработка изображений», «Основы проектирования электронных устройств на ПЛИС» , «Проектирование электронных устройств на ПЛИС». Ведет все виды аудиторных занятий: лекционные, семинарские и лабораторные занятия. Руководит научно-исследовательской работой аспирантов. Руководит курсовым проектированием и научно-исследовательской работой студентов бакалавриата и магистратуры. Является автором четырех учебных пособий по предаваемым дисциплинам. С 2019 г. является заместителем заведующего кафедры по научной работе. В 2019 и 2021 году являлся ученым секретарем 15ой и 16ой Международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков – 2019/21» (https://omfi-conf.ru/). В область научных интересов А.Ю. Поройкова входит разработка и реализация аппаратно-программных оптоэлектронных измерительных систем различного назначения. Являлся руководителем проектов, выполняемых по грантам Минобрнауки, грантов РФФИ, участвует в качестве исполнителя в работах, выполняемых по грантам РФФИ, по госзаданию и в хоздоговорных работах, в том числе в рамках международных проектов. Является руководителем проекта программы научных исследований «Электроника, радиотехника и ИТ» в НИУ «МЭИ» (внутренний грант). Основные научные результаты опубликованы в журналах в области оптического приборостроения: Measurement, Sensors, Радиотехника и электроника, Приборы и техника эксперимента, Измерительная техника, Вестник МГТУ, JPCS и др. Является соавтором патента и свидетельств государственной регистрации программы для ЭВМ.

Захаров А.В., доктор физ.-мат. наук, главный научный сотрудник ИКИ РАН. Научный руководитель экспериментов «Пылевой мониторинг Луны» (ПмЛ) на лунных посадочных аппаратах «Луна-Глоб», «Луна-Ресурс» (запуски 2022 и 2025 гг.) и эксперимента «Пылевой Комплекс» (ПК) на борту посадочной платформы «ЭкзоМарс» (запуск 2022 г). Являлся заместителем научного руководителя проекта «Фобос» (запуск 1988 г.). В 70-90-х годах участвовал в подготовке и выполнении серии экспериментов на околоземных спутниках серии «Интеркосмос» и высокоапогейных спутниках «Прогноз» по изучению плазменно-волновых процессов и ионного состава магнитосферы Земли, а также исследованию плазменного окружения Марса (Со-PI российско-шведский эксперимент на борту АМС «Фобос-2»). Входит в состав ученого совет ИКИ РАН, совета РАН по космосу, диссертационного совета Д 002.113.02. Является членом редколлегия журнала «Астрономический Вестник» (изд. ИКЦ Академкнига), англоязычная версия: Solar System Research (Pleiades Publishing, Inc,), и редколлегии Oxford Research Encyclopedia (ORE), Planetary Science. За последние 5лет опубликовано 17 научных статей статей в высокорейтинговых зарубежных и российских журналах.

Бухаров А.В., д.т.н., с.н.с., профессор и по совместительству ведущий научный сотрудник НИУ «МЭИ». Бухаров А.В. работает в должности профессора кафедры Низких температур МЭИ с 2017 г. Преподаёт следующие дисциплины для бакалавров и магистров: «Низкотемпературный эксперимент», «Монодисперсные системы и технологи», «Компьютерные технологии в экспериментальных исследованиях», «Математическая обработка результатов измерении», «Основы получения и транспортировки сжиженного газа». В рамках, указанных выше курсов, ведет все виды аудиторных занятий: лекционные, семинарские и лабораторные занятия. Руководит работой аспирантов, курсовым проектированием и научно-исследовательской работой студентов бакалавриата и магистратуры. Является автором трёх учебных пособий и одной монографии по предаваемым дисциплинам. С 2000 г. является представителем от МЭИ в международном проекте по созданию нового европейского ускорителя FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research ) в Дармштадте (Германия). В область научных интересов Бухарова А.В. входит экспериментальное и теоретическое исследование процессов получения и возможного применения монодисперсных потоков в космических исследованиях, ядерной физике и медицине. Являлся руководителем международных проектов, грантов РФФИ, работ по госзаданию и хоздоговорных работ. По результатам работ в области космических исследований награждён орденом К.Э. Циолковского. Бухаров А.В. является автором 150 научных работ, одного свидетельства государственной регистрации программы для ЭВМ, автором трёх российских патентов и одного международного патента. Основные научные результаты опубликованы в журналах Phys. Rev. Lett, The European Phys. J., Problems of Atomic Sci. and Tech. Ser. Nucl.- Phys. Research, Atomic Energy.

Ляш А.Н. научный сотрудник ИКИ РАН, физик- экспериментатор, специализирующийся в области радиофизики, квантовой и оптоэлектроники, физики плазмы. Принимает участие в постановке и проведение космических экспериментов. Являлся разработчиком и ведущим разработчиком бортовых приборов и аппаратуры для космических исследований, для отечественных проектов «Фобос 87», «Марс 96» «ФОБОС – ГРУНТ» и международных проектов НАСА «Mars Surveyor Lander» и ЕКА «MET NET» и «ExoMARS». В настоящее участвует в разработчике приборов «Пылевой комплекс» и «БДА МТК» проекта «ExoMARS», приборов для миссий «ЛУНА-РЕСУРС», «ЛУНА-ГЛОБ» и перспективных приборов проекта «ВЕНЕРА – Д». Также принимал участие в разработке и изготовление ряда приборов и аппаратуры в рамках Гособоронзаказа. Имеет более 60 публикаций, в том числе авторское свидетельство и международный патент.За последние 5 лет опубликовано 7 статей в рецензируемых журналах.

Шашкова И.А., к.т.н., м.н.с ИКИ РАН. Участвовала в разработке экспериментов «Пылевой мониторинг Луны» (ПмЛ) на лунных посадочных аппаратах «Луна-Глоб», «Луна-Ресурс» и эксперимента «Пылевой Комплекс» (ПК) на борту посадочной платформы «ЭкзоМарс». Принимала активное участие в проведения экспериментов, испытаний и калибровок космических приборов для исследования экзосфер безатмосферных тел. Основные научные результаты опубликованы в журналах в области космического приборостроения, исследования экзопланет: ICARUS, Measurement, Solar System Research, JPCS и др. Является соавтором свидетельства государственной регистрации программы для ЭВМ.

Кузнецов И.А., м.н.с. ИКИ РАН. Участвовал в разработке и создании экспериментов «Пылевой мониторинг Луны» (ПмЛ) на лунных посадочных аппаратах «Луна-Глоб», «Луна-Ресурс» и эксперимента «Пылевой Комплекс» (ПК) на борту посадочной платформы «ЭкзоМарс». Занимался постановкой ряда наземных лабораторных экспериментов по воссозданию лунной плазменно-пылевой приповерхностной динамики. Проводил численное моделирование взаимовлияния лунной плазменно-пылевой среды и космического аппарата для различных начальных условий. За последние 5 лет опубликованы научные статьи в журналах «Planetary and Space Science», «Solar System Research», «Measurement» и других.

Шматко Е.В. является аспирантом первого курса НИУ «МЭИ» (кафедра физики им. В.А. Фабриканта). Совмещает учебу с научной деятельностью в АО «НПК «Системы прецизионного приборостроения». Победитель в творческом конкурсе олимпиады «Надежда энергетики». Участник международного инженерного чемпионата «Case-in» по направлению «Цифровой атом». Финалист конкурса программы «УМНИК». Специализируется на разработке алгоритмов и программного обеспечения для обработки сигналов и изображений. За последние 5 лет имеет 9 публикаций, в том числе 3 публикации индексируемых в Scopus.

Вишневский Е.В. аспирант и по совместительству инженер НИУ «МЭИ». В область научных интересов Вишневского Е.В. входит экспериментальное и теоретическое исследование процессов получения и возможного применения монодисперсных потоков в космических исследованиях, ядерной физике и медицине. Являлся участником: работ по грантам РФФИ, работ по госзаданию и хоздоговорным работам. Вишневский Е.В. является автором 5 научных работ. Основные научные результаты опубликованы в журналах Physics of particles and nuclei letters, Journal of Physics: Conference Series.

Шеховцова А.В. является магистрантом 2 курса МГУ им. М.В. Ломоносова геологического факультета (кафедра инженерной и экологической геологии), однако, уже с первого курса начала заниматься планетными исследованиями, свою дипломную работу посвятила созданию инженерно-геологической модели эолового грунта Марса и доказательству его аналогии. По совместительству более 1,5 лет работает в ИКИ РАН, занимается подготовкой материалов к проведению экспериментов «Пылевой мониторинг Луны» (ПмЛ) и «Пылевой Комплекс» (ПК). Также непосредственно участвует в анализе полученных данных и предоставляет информацию по обоснованию выбора материалов для исследований.

Сивов Н.Ю. является студентом четвёртого курса НИУ «МЭИ» (кафедра физики им. В.А. Фабриканта). В область научных интересов Сивова Н.Ю. входит разработка и реализация алгоритмов обработки сигналов и изображений. Имеет опыт разработки на языках программирования Python, C# и др.

Ph.D., associate professor A.Yu. Poroykov works as an associate professor of the Department of Physics named after V.A. Fabrikant of the NRU «MPEI» since 2015. Teaches the following disciplines for bachelors and undergraduates: «Fiber and integrated optics», «Computer image filtering», «Computer image processing», «Fundamentals of designing electronic devices on FPGAs», «Designing electronic devices on FPGAs». Conducts all types of classroom activities: lectures, seminars and laboratory classes. Supervises the course design and research work of undergraduate and graduate students. He is the author of four textbooks on the disciplines being transferred. Since 2019, he has been the deputy head of the department for scientific work. In 2019 and 2021, he was the scientific secretary of the 15th and 16th International Scientific and Technical Conference «Optical Methods for Studying Flows - 2019/21» (https://omfi-conf.ru/). In the area of ​​scientific interests A.Yu. Poroykov includes the development and implementation of hardware and software optoelectronic measuring systems for various purposes. He was the head of projects carried out under grants from the Ministry of Education and Science, grants from the Russian Foundation for Basic Research, participates as a performer in work carried out under grants from the Russian Foundation for Basic Research, on a state assignment and in contractual work, including within the framework of international projects. He is the project manager of the research program «Electronics, Radio Engineering and IT» at the National Research University «MPEI» (internal grant). The main scientific results are published in the journals in the field of optical instrumentation: Measurement, Sensors, Radio Engineering and Electronics, Instruments and Experimental Techniques, Measuring Technique, Vestnik MGTU, JPCS, etc. He is a co-author of a patent and certificates of state registration of a computer program.

Zakharov A.V., Doctor of Phys.-Math. Sci., Chief Researcher, IKI RAS. Scientific supervisor of the Dust Monitoring of the Moon (PML) experiments on the Luna-Glob and Luna-Resource lunar landing vehicles (launches in 2022 and 2025) and the Dust Complex (PC) experiment on board the ExoMars landing platform (launch in 2022). He was the deputy scientific leader of the Phobos project (launched in 1988). In the 70s-90s, he participated in the preparation and implementation of a series of experiments on near-Earth satellites of the Interkosmos series and high-apogee satellites Prognoz to study plasma-wave processes and the ionic composition of the Earth's magnetosphere, as well as to study the plasma environment of Mars (Co-PI Russian -Swedish experiment aboard the AMS «Phobos-2»). He is a member of the Academic Council of the IKI RAS, the RAS Council for Space, the Dissertation Council D 002.113.02. He is a member of the editorial board of the Astronomical Herald journal (published by ICC Akademkniga), English version: Solar System Research (Pleiades Publishing, Inc,), and the editorial board of Oxford Research Encyclopedia (ORE), Planetary Science. Over the past 5 years, 17 scientific articles have been published in high-ranking foreign and Russian journals.

Bukharov A.V., Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher, Professor and Leading Researcher of the National Research University «MPEI». Bukharov A.V. works as a professor at the Department of Low Temperatures at MPEI since 2017. Teaches the following disciplines for bachelors and masters: «Low-temperature experiment», «Monodisperse systems and technologies», «Computer technologies in experimental research», «Mathematical processing of measurement results», «Basics of obtaining and transportation of liquefied gas ”. Within the framework of the above courses, he conducts all types of classroom studies: lectures, seminars and laboratory classes. Supervises the work of graduate students, course design and research work of undergraduate and graduate students. He is the author of three textbooks and one monograph on the disciplines being transferred. Since 2000 is a representative from MPEI in the international project to create a new European accelerator FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) in Darmstadt (Germany). In the area of ​​scientific interests Bukharova A.V. includes an experimental and theoretical study of the processes of obtaining and the possible application of monodisperse flows in space research, nuclear physics and medicine. He was the head of international projects, RFBR grants, work on state assignments and contractual work. Based on the results of work in the field of space research, he was awarded the Order of K.E. Tsiolkovsky. Bukharov A.V. is the author of 150 scientific papers, one certificate of state registration of a computer program, the author of three Russian patents and one international patent. The main scientific results are published in the journals Phys. Rev. Lett, The European Phys. J., Problems of Atomic Sci. and Tech. Ser. Nucl. Phys. Research, Atomic Energy.

Shashkova I.A., candidate of technical sciences, junior researcher from IKI RAS. She participated in the development of the Dust Monitoring of the Moon (PML) experiments on the Luna-Glob and Luna-Resource lunar landing vehicles and the Dust Complex (PC) experiment on board the ExoMars landing platform. She was engaged in setting up a number of ground-based laboratory experiments to recreate the lunar plasma-dusty near-surface dynamics. The main scientific results are published in journals in the field of space instrumentation, exoplanet research: ICARUS, Measurement, Solar System Research, JPCS, etc. He is a co-author of the certificate of state registration of a computer program.

Kuznetsov I.A., junior researcher IKI RAS. Participated in the development and creation of the Dust Monitoring of the Moon (PML) experiments on the Luna-Glob and Luna-Resource lunar landing vehicles and the Dust Complex (PC) experiment on board the ExoMars landing platform. He was engaged in setting up a number of ground-based laboratory experiments to recreate the lunar plasma-dusty near-surface dynamics. Conducted numerical simulation of the interaction of the lunar dusty plasma environment and the spacecraft for various initial conditions. Over the past 5 years, scientific articles have been published in the journals Planetary and Space Science, Solar System Research, Measurement and others.

Lyash A.N. …

Shmatko E.V. is a first-year postgraduate student of the National Research University «MPEI» (Department of Physics named after VA Fabrikant). Combines studies with scientific activities at JSC «NPK» Precision Instrumentation Systems «. Winner in the creative competition of the Olympiad «Power Engineering Hope». Participant of the international engineering championship «Case-in» in the field of «Digital atom». Finalist of the UMNIK program competition. Specializes in the development of algorithms and software for signal and image processing. Over the past 5 years, he has 9 publications, including 3 publications indexed in Scopus.

Vishnevsky E.V. is post-graduate student and part-time engineer of the National Research University «MPEI». In the area of ​​scientific interests of Vishnevsky E.V. includes an experimental and theoretical study of the processes of obtaining and the possible application of monodisperse flows in space research, nuclear physics and medicine. Participated in: works on RFBR grants, work on state assignments and contractual work. Vishnevsky E.V. is the author of 5 scientific papers. The main scientific results are published in the journals Physics of particles and nuclei letters, Journal of Physics: Conference Series.</wrap>

Shekhovtsova A.V. is a 2nd year undergraduate student at Moscow State University. Moscow State University of Geology (Department of Engineering and Environmental Geology), however, from the first year she began to engage in planetary research, she devoted her thesis to creating an engineering-geological model of the aeolian soil of Mars and proving its analogy. Concurrently, he has been working at IKI RAS for more than 1.5 years, preparing materials for the experiments «Dust Monitoring of the Moon» (PML) and «Dust Complex» (PC). He is also directly involved in the analysis of the data obtained and provides information on the rationale for the choice of materials for research.

Sivov N.Yu. is a fourth-year student of the National Research University «MPEI» (Department of Physics named after VA Fabrikant). In the area of scientific interests Sivov N.Yu. includes the development and implementation of algorithms for processing signals and images. Has experience in development in programming languages Python, C #, etc.

1.8 Планируемый объем финансирования проекта Фондом по годам (указывается в тыс. рублей):
по 30 июня 2022 г. – 7000 тыс. рублей,
с 1 июля 2022 г. по 30 июня 2023 г. - 7000 тыс. рублей,
с 1 июля 2023 г. по 30 июня 2024 г. - 6000 тыс. рублей.

1.9 Научный коллектив по результатам проекта в ходе его реализации предполагает опубликовать в рецензируемых российских и зарубежных научных изданиях не менее
12 публикаций, из них 12 в изданиях, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) или «Скопус» (Scopus).

Информация о научных изданиях, в которых планируется опубликовать результаты проекта, в том числе следует указать в каких базах индексируются данные издания - «Сеть науки» (Web of Science Core Collection), «Скопус» (Scopus), РИНЦ, иные базы, а также указать тип публикации - статья, обзор, тезисы, монография, иной тип
Advances in Space Research (WoS Q1, Scopus Q1) - статья
…
Measurement (WoS Q1, Scopus Q1) – статья
Sensors (WoS Q1, Scopus Q2) - статья
Measurement Science and Technology (WoS Q3, Scopus Q2) - статья
Planetary and Space Science (WoS Q3, Scopus Q2) – статья
Solar System Research (WoS Q4, Scopus Q3) – статья
Journal of Physics: Conference Series (Scopus Q4) – статья

Иные способы обнародования результатов выполнения проекта
Доклады на международных научно-технических конференциях (IEEE Conference, Графикон, «Цифровая обработка сигналов и ее применение DSPA» и др.).
Создание сайта о работах по исследованию динамики пылевых частиц и пылевой плазмы в Солнечной системе, выполняемых при финансовой поддержке РНФ.

1.10 Число публикаций членов научного коллектива, опубликованных в период с 1 января 2015 года до даты подачи заявки,
130 из них 60 опубликованы в изданиях, индексируемых в Web of Science Core Collection или в Scopus.

1.11 Планируемое участие научного коллектива в международных коллаборациях (проектах) (при наличии)

4.1 Научная проблема, на решение которой направлен проект

Проект направлен на решение одной из фундаментальных проблем современной планетологии - проблему плазменно-пылевой динамики безатмосферных тел. Эта проблема включает в себя причины и следствия пылевой активности (взлёта и перемещения пылевых частиц) вблизи поверхностей безатмосферных тел, физические свойства такой активности (такие как интенсивность потока, скорость частиц, осаждение пылевых частиц на поверхностях), зависимость активности от свойств тела и/или конкретных локальных условий (таких как положние Солнца, свойства вещества, распределение по размерам). Научная проблема вытекает из воздействия солнечного излучения, межпланетной плазмы, энергичных космических лучей, потоков микрометеоритов на реголит поверхности безатмосферных тел Солнечной системы (Луна, спутники Марса, малые тела) и формирования приповерхностной экзосферы под воздействием этих внешних факторов. Впервые эта проблема возникла в 60х-70х годах прошлого века в результате реализации посадочных экспедиций на поверхность Луны - советских посадочных станций серии «Луна», Луноход-1, -2, американских программ Surveyor, Apollo. Именно тогда были обнаружены видимые рассеяния солнечного света у поверхности Луны, а также деградация элементов и систем посадочных аппаратов, в частности, солнечных батарей, оптики, механических узлов, герметичность систем. Созданные многочисленные теоретические модели, описывающие динамику пылевых частиц, иногда противоречат друг другу и немногочисленным наблюдениям и нуждаются в уточнении и экспериментальном подтверждении.

The project is aimed at solving one of the fundamental problems of modern planetary science - the problem of plasma-dust dynamics of non-atmospheric bodies. This problem includes the causes and consequences of dust activity (take-off and movement of dust particles) near the surfaces of atmospheric bodies, the physical properties of such activity (such as flux intensity, particle velocity, deposition of dust particles on surfaces), the dependence of the activity on the properties of the body and / or specific local conditions (such as the position of the Sun, properties of matter, size distribution). The scientific problem arises from the effect of solar radiation, interplanetary plasma, energetic cosmic rays, streams of micrometeorites on the surface regolith of atmospheric bodies of the solar system (the Moon, satellites of Mars, small bodies) and the formation of the near-surface exosphere under the influence of these external factors. For the first time this problem arose in the 60s-70s of the last century as a result of the implementation of landing expeditions to the lunar surface - Soviet landing stations of the Luna series, Lunokhod-1, -2, American programs Surveyor, Apollo. It was then that visible scattering of sunlight near the surface of the Moon was discovered, as well as the degradation of elements and systems of landing vehicles, in particular, solar batteries, optics, mechanical assemblies, and the tightness of systems. The created numerous theoretical models describing the dynamics of dust particles sometimes contradict each other and few observations and need refinement and experimental confirmation.

4.2 Научная значимость и актуальность решения обозначенной проблемы
Поверхность Луны, как и поверхность любого безатмосферного тела Солнечной системы, подвержена постоянной бомбардировке микрометеоритов, воздействию солнечного излучения, солнечного ветра и других факторов космического пространства. В результате ударных воздействий высокоскоростных микрометеоритов в течение миллиардов лет силикатная основа поверхности Луны измельчается, превращаясь в частицы с широким распределением по размерам – от десятков нанометров до миллиметров. Частицы лунного реголита подобных размеров называются лунной пылью. Эти частицы, характеризуется крайне нерегулярной формой с заостренными краями, либо спекшимися при больших температурах конгломератами, либо близкими к сферам каплям.

На освещенной стороне Луны солнечное излучение (и в особенности его ультрафиолетовая часть) и потоки солнечного ветра при взаимодействии с верхним слоем реголита приводят к формированию поверхностного заряда пылевых частиц. Фотоэлектроны, возникшие над поверхностью, и заряженная поверхность реголита создают приповерхностный двойной слой. Электрическое поле, возникающее в этом слое, и флуктуации заряда частиц на поверхности приводят к тому, что электрические силы могут превышать силы гравитации и силы адгезии Ван дер Вальса. В результате этого частицы реголита микронного и субмикронного размеров способны отрываться от поверхности и левитировать над поверхностью.

Такие динамические процессы приводят к переносу пылевых частиц над поверхностью Луны, а также к рассеянию на них солнечного света. Свечения над поверхностью Луны такой природы наблюдали телевизионные системы американских и советских посадочных аппаратов на ранних этапах исследований Луны. Американские астронавты, высадившиеся на поверхность Луны при реализации программы «Аполлон», также обнаружили проявления лунной пыли. Оказалось, что пылевые частицы, левитирующие над поверхностью реголита в результате естественных процессов и поднятые с поверхности в результате антропогенных факторов, вызывают множество технологических проблем, влияющих на работоспособность посадочных аппаратов и их систем, на деятельность астронавтов их здоровье. По результатам этих экспедиций был сделан вывод, что пылевые частицы микронного и субмикронного размера, левитирующие над поверхностью, являются основным труднопреодолимым фактором при дальнейших исследованиях и освоении Луны.

С тех пор изучению физических процессов, связанных с динамикой лунной пыли, проявлениям ее агрессивных свойств, способами уменьшения влияния пыли на инженерные системы и человека, стали актуальными направлениями теоретических и экспериментальных исследований. Особую актуальность данному проекту придает необходимость проведения исследования механизмов и степени влияния пылевых частиц на устойчивую работоспособность космических аппаратов и их систем в связи с проектированием и выполнением программ по исследованию Луны, Марса и Фобоса, которые включены в Федеральную космическую программу 2016-2025 гг.

The surface of the Moon, like the surface of any atmospheric body in the solar system, is subject to constant bombardment by micrometeorites, solar radiation, solar wind and other factors of outer space. As a result of the shock effects of high-speed micrometeorites, over billions of years, the silicate base of the Moon's surface is crushed, turning into particles with a wide size distribution - from tens of nanometers to millimeters. Lunar regolith particles of this size are called lunar dust. These particles are characterized by an extremely irregular shape with sharp edges, or conglomerates sintered at high temperatures, or drops close to spheres.

On the illuminated side of the Moon, solar radiation (and especially its ultraviolet part) and solar wind flows interacting with the upper regolith layer lead to the formation of a surface charge of dust particles. Photoelectrons generated above the surface and the charged surface of the regolith create a near-surface double layer. The electric field arising in this layer and fluctuations of the particle charge on the surface lead to the fact that the electric forces can exceed the gravitational forces and the van der Waals adhesion forces. As a result, micron- and submicron-sized regolith particles are able to detach from the surface and levitate above the surface.

Such dynamic processes lead to the transfer of dust particles over the surface of the Moon, as well as to the scattering of sunlight on them. Glow over the lunar surface of this nature was observed by television systems of American and Soviet landing vehicles in the early stages of lunar exploration. American astronauts who landed on the lunar surface during the Apollo program also discovered manifestations of lunar dust. It turned out that dust particles levitating above the surface of the regolith as a result of natural processes and raised from the surface as a result of anthropogenic factors cause many technological problems that affect the performance of the lander and their systems, and the activities of astronauts and their health. Based on the results of these expeditions, it was concluded that dust particles of micron and submicron size, levitating above the surface, are the main insurmountable factor in further exploration and exploration of the Moon.

Since then, the study of physical processes associated with the dynamics of lunar dust, manifestations of its aggressive properties, ways to reduce the effect of dust on engineering systems and humans, have become topical areas of theoretical and experimental research. The need to study the mechanisms and the degree of influence of dust particles on the sustainable performance of spacecraft and their systems in connection with the design and implementation of programs for the study of the Moon, Mars and Phobos, which are included in the Federal Space Program 2016-2025, gives particular relevance to this project.

4.3 Конкретная задача (задачи) в рамках проблемы, на решение которой направлен проект, ее масштаб и комплексность
Можно выделить следующие конкретные задачи, на решение которых направлен проект:
- проведение экспериментальных исследований по физическому моделированию плазменно-пылевой динамики безатмосферных тел;
- модернизация экспериментальной установки для создания комплексного воздействия факторов космического пространства на симулянты грунта;
- разработка методики измерения параметров пылевых частиц на основе комплексирования сигналов с различных датчиков, включая видеорегистрацию процессов с последующей цифровой обработкой изображений;
- разработка многоэлементных индукционных и контактных датчиков для независимого от оптического метода определения параметров пылевых частиц;
- разработка программного обеспечения для проведения автоматизированных измерений параметров частиц со всех типов датчиков.

The following specific tasks can be identified, the solution of which the project is aimed at:
- carrying out experimental research on physical modeling of plasma-dust dynamics of atmosphereless bodies;
- modernization of the experimental setup to create a complex effect of space factors on soil simulators;
- development of a technique for measuring the parameters of dust particles based on the integration of signals from various sensors, including video recording of processes with subsequent digital image processing;
- development of multi-element induction and contact sensors for an optical-independent method for determining the parameters of dust particles;
- development of software for automated measurements of particle parameters from all types of sensors.

4.4 Научная новизна исследований, обоснование достижимости решения поставленной задачи (задач) и возможности получения предполагаемых результатов
Научная новизна проекта определяется тем, что в нем впервые будет реализована экспериментальная установка по физическому моделированию плазменно-пылевой динамики безатмосферных тел способная воссоздать комплексное воздействие факторов космического пространства на симулянты грунта, и тем, что экспериментальные исследования будут проводиться по методике измерения параметров пылевых частиц на основе комплексирования сигналов с различных датчиков, включая видеорегистрацию процессов с последующей цифровой обработкой изображений.

Успешное выполнение проекта обеспечивается тремя ключевыми компетенциями, которыми обладают участники научного коллектива: навыками разработки аппаратно-программных оптоэлектронных измерительных систем, в том числе алгоритмов обработки сигналов и изображений (сотрудники НИУ «МЭИ»), навыками эксплуатации и проведения физического-моделирования плазменно-пылевой динамики безатмосферных тел (ИКИ РАН) и навыками использования технологии получения монодисперсных частиц (сотрудники НИУ «МЭИ»).

The scientific novelty of the project is determined by the fact that it will be the first to implement an experimental setup for physical modeling of the plasma-dust dynamics of atmospheric bodies capable of reconstructing the complex effect of space factors on soil simulators, and by the fact that experimental research will be carried out using the method of measuring the parameters of dust particles based combining signals from various sensors, including video recording of processes with subsequent digital image processing.

The successful implementation of the project is ensured by three key competencies possessed by the members of the research team: skills in the development of hardware and software optoelectronic measuring systems, including algorithms for processing signals and images (employees of NRU «MPEI»), skills in operating and conducting physical modeling of dusty plasma dynamics atmosphereless bodies (IKI RAS) and the skills of using the technology for obtaining monodisperse particles (employees of the NRU «MPEI»).

4.5 Современное состояние исследований по данной проблеме, основные направления исследований в мировой науке и научные конкуренты
Поверхность Луны, как и поверхности всех безатмосферных тел Солнечной системы, постоянно подвергается бомбардировке микрометеоритами, не говоря уже о воздействии солнечной радиации, солнечного ветра и других факторов космического пространстве [1]. В результате воздействия высокоскоростных микрометеоритов в течение миллиардов лет кремниевая основа лунной поверхности была разрушена, оставив частицы, распределение размеров которых примерно соответствуют степенному [2,3]. Эти частицы характеризуются крайне неправильной формой с заостренными краями, напоминающими квазисферические капли, или конгломераты, спеченные при высоких температурах [4].

Плазма, состоящая из солнечного ветра и излучения, особенно его ультрафиолетовой составляющей, воздействует на лунный реголит, при этом частицы пыли в верхнем слое приобретают электрический заряд [5,6]. Это приводит к образованию электростатического поля над поверхностью Луны [7]. Благодаря наличию электрического полю в этом слое и флуктуациям заряда частиц на поверхности реголита, электрические силы могут превышать силу гравитации и силу Ван-дер-Вальса. В этом случае происходит, отрыв частиц микронного и субмикронного размера от поверхности [8,9]. Эти процессы приводят к переносу пылевых частиц по поверхности Луны, а также к рассеянию этими частицами солнечного света. Возникающее при этом свечение наблюдалось телевизионными системами американских и советских спускаемых аппаратов на ранних этапах исследования Луны [10].

Исследованию динамики пылевых частиц над лунной поверхностью было посвящено множество работ. В основном интерес к таким исследованиям связан с отрицательным вилянием заряженных частиц пыли на аппаратуру (солнечные панели, оптические элементы, робототехнические системы) лунных спускаемых аппаратов, в том числе на системы жизнеобеспечения и здоровье космонавтов [11]. Американские астронавты задокументировали ряд проблем, вызванных лунной пылью при выполнении работ на поверхности [4]. С тех пор вредное влияние лунной пыли и радиации на роботизированные системы и людей является одним из наиболее проблемных факторов при планировании автоматических и пилотируемых полетов на Луну [12].

Лабораторные исследования по изучению левитации лунной пыли под влиянием внешнего электростатического поля были впервые выполнены в [13]. С тех пор экспериментальные исследования динамики пылевых частиц в условиях, имитирующих приповерхностную экзосферу Луны, проводились многими научными группами [14–20]. Они показали, что характер левитации частиц над поверхностью зависит от многих факторов, в том числе от характеристик самих частиц, параметров окружающей плазмы и воздействия ультрафиолетового излучения. Теоретические исследования [15, 21–22] и компьютерное моделирование этих процессов [23,24] дали важные сведения о процессах и условиях левитации микрочастиц. Однако многие проблемы, связанные с накоплением заряда микрочастицами, лежащими на непроводящей поверхности под действием УФ-излучения и потоков плазмы, остаются нерешенными. Чтобы получить объяснение для этих процессов, требуются более полные и точные измерения всех параметров пылевых частиц во время физического моделирования процессов левитации в вакуумной камере.

Анализ современных работ по физическому моделированию показывает, что как правило, для исследования взаимодействия реголита с факторами космического пространства используются установки, позволяющие имитировать лишь частично воздействия этих факторов. Комплексных исследований динамики частиц при воздействии всех факторов на данный момент практически не существует. Две особенности предлагаемого проекта: имитация комплексного воздействие факторов космического пространства на симулянты грунта и методика измерения параметров пылевых частиц на основе комплексирования сигналов с различных датчиков, в том числе с одновременной видеорегистрацией процессов с помощью стереосистемы видеокамер, придают проекту актуальность и научную новизну.

[1] C.M. Pieters, S.K. Noble, Space weathering on airless bodies, J. Geophys. Res. E 121 (10) (2016) 1865–1884, https://doi.org/10.1002/2016JE005128.
[2] J. Park, Y. Liu, K.D. Kihm, L.A. Taylor, Characterization of lunar dust for toxicological studies. I: particle size distribution, J. Aerosp. Eng. 21 (2008) 266–271, https://doi.org/10.1061/(ASCE)0893-1321(2008)21:4(266).
[3] Y. Liu, L.A. Taylor, Characterization of lunar dust and a synopsis of available lunar simulants, Planet. Space Sci. 59 (2011) 1769–1783, https://doi.org/10.1016/j.pss.2010.11.007.
[4] J.S. Park, Y. Liu, K.D. Kihm, L.A. Taylor, Micro-morphology and toxicological effects of lunar dust, in: 37th Annual Lunar and Planetary Science Conference, League City, Texas, 2006.
[5] R.H. Manka, Plasma and potential at the lunar surface, in: R.J.L. Grard (Ed.), Photon and Particle Interactions with Surfaces in Space, Springer, Netherlands, Dordrecht, 1973, pp. 347–361, https://doi.org/10.1007/978-94-010-2647-5_22.
[6] J.W. Freeman, M.A. Fenner, H.K. Hills, Electric potential of the Moon in the solar wind, J. Geophys. Res. (1896-1977) 78 (1973) 4560–4567, https://doi.org/10.1029/JA078i022p04560.
[7] E. Walbridge, Lunar photoelectron layer, J. Geophys. Res. (1896-1977) 78 (1973) 3668–3687, https://doi.org/10.1029/JA078i019p03668.
[8] J.E. Colwell, S. Batiste, M. Horanyi, ´ S. Robertson, S. Sture, Lunar surface: Dust dynamics and regolith mechanics, Rev. Geophys. 45 (2007), https://doi.org/10.1029/2005RG000184.
[9] T.J. Stubbs, R.R. Vondrak, W.M. Farrell, A dynamic fountain model for lunar dust, Adv. Space Res. 37 (2006) 59–66, https://doi.org/10.1016/j.asr.2005.04.048.
[10] J.J. Rennilson, D.R. Criswell, Surveyor observations of lunar horizon-glow, The Moon 10 (1974) 121–142, https://doi.org/10.1007/BF00655715.
[11] N. Afshar-Mohajer, C.-Y. Wu, J.S. Curtis, J.R. Gaier, Review of dust transport and mitigation technologies in lunar and Martian atmospheres, Adv. Space Res. 56 (2015) 1222–1241, https://doi.org/10.1016/j.asr.2015.06.007.
[12] D. Linnarsson, J. Carpenter, B. Fubini, P. Gerde, L.L. Karlsson, D.J. Loftus, G. K. Prisk, U. Staufer, E.M. Tranfield, W. van Westrenen, Toxicity of lunar dust, Planet. Space Sci. 74 (2012) 57–71, https://doi.org/10.1016/j.pss.2012.05.023.
[13] S. Doe, J.O. Burns, D. Pettit, J. Blacic, P.W. Keaton, The levitation of lunar dust via electrostatic forces, Eng. Construction Operations Space IV (1994) 907–915.
[14] T.E. Sheridan, J. Goree, Y.T. Chiu, R.L. Rairden, J.A. Kiessling, Observation of dust shedding from material bodies in a plasma, J. Geophys. Res. A 97 (1992) 2935–2942, https://doi.org/10.1029/91JA02801.
[15] T.M. Flanagan, J. Goree, Dust release from surfaces exposed to plasma, Phys. Plasmas 13 (2006), 123504, https://doi.org/10.1063/1.2401155.
[16] X. Wang, M. Hor´ anyi, S. Robertson, Experiments on dust transport in plasma to investigate the origin of the lunar horizon glow, J. Geophys. Res. A 114 (2009), https://doi.org/10.1029/2008JA013983.
[17] X. Wang, M. Hor´ anyi, S. Robertson, Investigation of dust transport on the lunar surface in a laboratory plasma with an electron beam, J. Geophys. Res. A 115 (2010), https://doi.org/10.1029/2010JA015465.
[18] X. Wang, M. Hor´ anyi, S. Robertson, Dust transport near electron beam impact and shadow boundaries, Planet. Space Sci. 59 (2011) 1791–1794, https://doi.org/ 10.1016/j.pss.2010.12.005.
[19] X. Wang, J. Schwan, H.-W. Hsu, E. Grün, M. Hor´ anyi, Dust charging and transport on airless planetary bodies, Geophys. Res. Lett. 43 (2016) 6103–6110, https://doi.org/10.1002/2016GL069491.
[20] N.C. Orger, K. Toyoda, H. Masui, M. Cho, Experimental investigation on silica dust lofting due to charging within micro-cavities and surface electric field in the vacuum chamber, Adv. Space Res. 63 (2019) 3270–3288, https://doi.org/ 10.1016/j.asr.2019.01.045.
[21] T.E. Sheridan, A. Hayes, Charge fluctuations for particles on a surface exposed to plasma, Appl. Phys. Lett. 98 (2011), 091501, https://doi.org/10.1063/1.3560302.
[22] E.V. Rosenfeld, A.V. Zakharov, Charge fluctuations on a dielectric surface exposed to plasma flows or UV radiation, Plasma Phys. Rep. 44 (2018) 1053–1056, https://doi.org/10.1134/S1063780X18110089.
[23] T. Nitter, O. Havnes, F. Melandsø, Levitation and dynamics of charged dust in the photoelectron sheath above surfaces in space, J. Geophys. Res. A 103 (1998) 6605–6620, https://doi.org/10.1029/97JA03523.
[24] A.R. Poppe, M. Piquette, A. Likhanskii, M. Horanyi, ´ The effect of surface topography on the lunar photoelectron sheath and electrostatic dust transport, Icarus 221 (2012) 135–146, https://doi.org/10.1016/j.icarus.2012.07.018.

The surface of the moon, as well as the surfaces of all atmosphereless solar system bodies, is subject to constant bombardment by micrometeorites, not to mention the effects of solar radiation, solar wind, and other factors in outer space [1]. As a result of the impact of high-speed micrometeorites over billions of years, the silicate base of the lunar surface has been crushed, leaving particles that follow an approximately power-law size distribution [2,3]. Given the explosive nature of such interactions, these particles are characterized by an extremely irregular shapes with pointed edges, resembling approximately spherical droplets, or conglomerates sintered at high temperatures [4]. The plasma comprising the solar wind and radiation, especially its ultraviolet component, affects the lunar regolith, with dust particles in the upper layer acquiring an electric charge [5,6]. This leads to the formation of an electrostatic field above the surface of the moon [7]. Owing to the electric field in this layer and particle charge fluctuations on the surface lead, the electric forces can exceed the gravitational and the van der Waals attraction forces. As a consequence, regolith particles with micron and submicron sizes can break away from the surface and lofting above it [8,9]. These dynamic processes lead to the transfer of dust particles over the surface of the moon, as well as to the scattering of sunlight by these particles. The resulting glow was observed by television systems belonging to American and Soviet landers during the early stages of moon exploration [10].

Significant research has been devoted to the dynamics of dust particles above the lunar surface. This is because, in addition to studying the processes of dust migration above the lunar surface, charged dust particles have a negative effect on the service and engineering systems (solar panels, optical elements, robotic systems) of lunar landers and, furthermore, on the life support systems and the health of astronauts [11]. Visiting American astronauts have documented a range of dustrelated problems that arise when performing a work on the surface of the Moon [4]. Since then, the toxic influence of lunar dust and radiation on robotic systems and humans are among the most problematic factors when planning automatic and manned missions to the Moon [12].

Laboratory experiments to study “the levitation of lunar dust via electrostatic forces” were first performed by [13]. Since then, laboratory studies of dynamic processes under conditions simulating the nearsurface exosphere of the Moon have been performed by many scientific groups [14–20]. Experimental studies have shown that the nature of particle levitation above the surface depends on many factors, including the characteristics of the particles themselves, the parameters of the surrounding plasma and exposure to ultraviolet radiation, among others. Theoretical studies [15,21–22] and computational modeling of these processes [23,24] have yielded important insights into the processes and conditions of microparticle levitation. However, many problems associated with the charge acquisition by microparticles lying on a non-conductive surface under UV radiation and plasma flows remain unresolved. To get an explanation for these processes, more complete and accurate measurements of all parameters of dust particles are required during physical modeling of levitation processes in a vacuum chamber.

An analysis of modern works on physical modeling shows that, as a rule, to study the interaction of the regolith with the factors of outer space, setups are used that make it possible to simulate only partially the effects of these factors. Currently, there are practically no comprehensive studies of particle dynamics under the influence of all factors. Two features of the proposed project: simulation of the complex effect of space factors on soil simulators and a method for measuring the parameters of dust particles based on the integration of signals from various sensors, including with simultaneous video recording of processes using a stereo system of video cameras, give the project relevance and scientific novelty.

[1] C.M. Pieters, S.K. Noble, Space weathering on airless bodies, J. Geophys. Res. E 121 (10) (2016) 1865–1884, https://doi.org/10.1002/2016JE005128.
[2] J. Park, Y. Liu, K.D. Kihm, L.A. Taylor, Characterization of lunar dust for toxicological studies. I: particle size distribution, J. Aerosp. Eng. 21 (2008) 266–271, https://doi.org/10.1061/(ASCE)0893-1321(2008)21:4(266).
[3] Y. Liu, L.A. Taylor, Characterization of lunar dust and a synopsis of available lunar simulants, Planet. Space Sci. 59 (2011) 1769–1783, https://doi.org/10.1016/j.pss.2010.11.007.
[4] J.S. Park, Y. Liu, K.D. Kihm, L.A. Taylor, Micro-morphology and toxicological effects of lunar dust, in: 37th Annual Lunar and Planetary Science Conference, League City, Texas, 2006.
[5] R.H. Manka, Plasma and potential at the lunar surface, in: R.J.L. Grard (Ed.), Photon and Particle Interactions with Surfaces in Space, Springer, Netherlands, Dordrecht, 1973, pp. 347–361, https://doi.org/10.1007/978-94-010-2647-5_22.
[6] J.W. Freeman, M.A. Fenner, H.K. Hills, Electric potential of the Moon in the solar wind, J. Geophys. Res. (1896-1977) 78 (1973) 4560–4567, https://doi.org/10.1029/JA078i022p04560.
[7] E. Walbridge, Lunar photoelectron layer, J. Geophys. Res. (1896-1977) 78 (1973) 3668–3687, https://doi.org/10.1029/JA078i019p03668.
[8] J.E. Colwell, S. Batiste, M. Horanyi, ´ S. Robertson, S. Sture, Lunar surface: Dust dynamics and regolith mechanics, Rev. Geophys. 45 (2007), https://doi.org/10.1029/2005RG000184.
[9] T.J. Stubbs, R.R. Vondrak, W.M. Farrell, A dynamic fountain model for lunar dust, Adv. Space Res. 37 (2006) 59–66, https://doi.org/10.1016/j.asr.2005.04.048.
[10] J.J. Rennilson, D.R. Criswell, Surveyor observations of lunar horizon-glow, The Moon 10 (1974) 121–142, https://doi.org/10.1007/BF00655715.
[11] N. Afshar-Mohajer, C.-Y. Wu, J.S. Curtis, J.R. Gaier, Review of dust transport and mitigation technologies in lunar and Martian atmospheres, Adv. Space Res. 56 (2015) 1222–1241, https://doi.org/10.1016/j.asr.2015.06.007.
[12] D. Linnarsson, J. Carpenter, B. Fubini, P. Gerde, L.L. Karlsson, D.J. Loftus, G. K. Prisk, U. Staufer, E.M. Tranfield, W. van Westrenen, Toxicity of lunar dust, Planet. Space Sci. 74 (2012) 57–71, https://doi.org/10.1016/j.pss.2012.05.023.
[13] S. Doe, J.O. Burns, D. Pettit, J. Blacic, P.W. Keaton, The levitation of lunar dust via electrostatic forces, Eng. Construction Operations Space IV (1994) 907–915.
[14] T.E. Sheridan, J. Goree, Y.T. Chiu, R.L. Rairden, J.A. Kiessling, Observation of dust shedding from material bodies in a plasma, J. Geophys. Res. A 97 (1992) 2935–2942, https://doi.org/10.1029/91JA02801.
[15] T.M. Flanagan, J. Goree, Dust release from surfaces exposed to plasma, Phys. Plasmas 13 (2006), 123504, https://doi.org/10.1063/1.2401155.
[16] X. Wang, M. Hor´ anyi, S. Robertson, Experiments on dust transport in plasma to investigate the origin of the lunar horizon glow, J. Geophys. Res. A 114 (2009), https://doi.org/10.1029/2008JA013983.
[17] X. Wang, M. Hor´ anyi, S. Robertson, Investigation of dust transport on the lunar surface in a laboratory plasma with an electron beam, J. Geophys. Res. A 115 (2010), https://doi.org/10.1029/2010JA015465.
[18] X. Wang, M. Hor´ anyi, S. Robertson, Dust transport near electron beam impact and shadow boundaries, Planet. Space Sci. 59 (2011) 1791–1794, https://doi.org/ 10.1016/j.pss.2010.12.005.
[19] X. Wang, J. Schwan, H.-W. Hsu, E. Grün, M. Hor´ anyi, Dust charging and transport on airless planetary bodies, Geophys. Res. Lett. 43 (2016) 6103–6110, https://doi.org/10.1002/2016GL069491.
[20] N.C. Orger, K. Toyoda, H. Masui, M. Cho, Experimental investigation on silica dust lofting due to charging within micro-cavities and surface electric field in the vacuum chamber, Adv. Space Res. 63 (2019) 3270–3288, https://doi.org/ 10.1016/j.asr.2019.01.045.
[21] T.E. Sheridan, A. Hayes, Charge fluctuations for particles on a surface exposed to plasma, Appl. Phys. Lett. 98 (2011), 091501, https://doi.org/10.1063/1.3560302.
[22] E.V. Rosenfeld, A.V. Zakharov, Charge fluctuations on a dielectric surface exposed to plasma flows or UV radiation, Plasma Phys. Rep. 44 (2018) 1053–1056, https://doi.org/10.1134/S1063780X18110089.
[23] T. Nitter, O. Havnes, F. Melandsø, Levitation and dynamics of charged dust in the photoelectron sheath above surfaces in space, J. Geophys. Res. A 103 (1998) 6605–6620, https://doi.org/10.1029/97JA03523.
[24] A.R. Poppe, M. Piquette, A. Likhanskii, M. Horanyi, ´ The effect of surface topography on the lunar photoelectron sheath and electrostatic dust transport, Icarus 221 (2012) 135–146, https://doi.org/10.1016/j.icarus.2012.07.018.

4.6 Предлагаемые методы и подходы, общий план работы на весь срок выполнения проекта и ожидаемые результаты (объемом не менее 2 стр.; в том числе указываются ожидаемые конкретные результаты по годам; общий план дается с разбивкой по годам)
В предлагаемом проекте главным объектом исследования является плазменно-пылевая динамика безатмосферных тел. Основным методом, с помощью которого планируется ее изучение, является физическое моделирование. Оно заключается в воссоздании условий среды на поверхности безатмосферных тел. Для этого симулянты грунта помещаются в вакуумную камеру, где на них действуют различные факторы, имитирующие воздействие солнечного ветра, микрометеоритов и др. При этом возникает явление левитации (взлета, отрыва) частиц симулянта грунта. Измерение параметров таких частиц (массы, скорости, заряда, формы) позволяет изучить процессы, происходящие в самом симулянте, и экстраполировать эти процессы на грунты безатмосферных тел.

Первой отличительной особенностью предлагаемого проекта от других подобных исследований, является попытка воссоздать комплексное воздействие факторов космического пространства на симулянты грунта. Как правило, в аналогичных исследованиях используются установки, позволяющие имитировать воздействия этих факторов лишь частично.

В ИКИ РАН создана экспериментальная установка, используемая в ходе исследований плазменно-пылевая динамика безатмосферных тел. В том числе, на ней были проведены исследования в ходе работ по гранту РНФ №17-12-01458. На данный момент установка позволяет моделировать воздействие на симулянты грунта внешнего электрического поля. В НИУ «МЭИ» совместно с ИКИ РАН было разработана оптическая стереосистема регистраций левитирующих частиц и алгоритм обработки изображений для определения их скорости и заряда.

В ходе проекта планируется провести модернизацию экспериментальной установки: увеличить внутренний объем вакуумной камеры, увеличить оптический доступ к измеряемому объему, добавить устройства для моделирования воздействия факторов космического пространства (источники УФ и электронов), а также установить ряд новых датчиков для определения параметров левитирующих частиц. На первый год проекта запланирована разработка проекта модернизации экспериментальной установки. Модернизация будет реализована в два этапа (первый и второй год проекта) для равномерного усложнения установки, отладки отдельных узлов и агрегатов, а также равномерного распределения финансовых средств гранта для процедуры закупки необходимых комплектующих и оборудования.

Одним из основных видов работ по проекту будет проведение экспериментальных исследований по физическому моделированию плазменно-пылевой динамики безатмосферных тел. Планируется проведение исследований спектра скоростей левитирующих частиц и определение условий их отрыва от поверхности для различных размеров и материалов, входящих в составы имитаторов лунного грунта, при воздействии на них различных факторов, имитирующих условия среды безатмосферных тел. Исследования будут проводиться на экспериментальной установке ИКИ РАН на протяжении всего проекта. Модернизация установки будет проводиться параллельно с экспериментами, позволяя постепенно увеличивать их сложность и полноту получаемых результатов измерений.

Для успешного проведения таких исследований большое внимание будет уделено подготовке симулянтов грунта. Она будет заключаться в фракционировании частиц, определение размеров, формы и массы частиц в полученных фракциях с помощью микроскопа, подготовка порций для экспериментальных исследований. Параллельно с использованием коммерчески доступных симулянтов грунта, в ходе проекта планируется производство своих частиц по технологии изготовления монодисперсных частиц на установке, созданной в НИУ «МЭИ». Эта установка позволит получить частицы сферической формы с заданными размерами из большой номенклатуры материалов. Такие частицы могут быть использованы в ходе экспериментальных исследований для задания размера и массы частиц, а также для калибровки датчиков.

Отдельным пунктом экспериментальных работ будет определение условий отрыва (толщина слоя грунта, сила его уплотнения, величина внешнего электрического поля, интенсивность и экспозиция УФ излучения и потока электронов) левитирующих частиц для различных размеров и материалов, входящих в составы имитаторов лунного грунта. Во время проведения экспериментов отрыв частиц может быть вызван дополнительным механическим воздействием на подложку с помощью пьезоэлементов или вибромоторов. Определяя параметры левитирующих частиц при заданном уровне механического воздействия, станет возможным оценить величину адгезии частиц. Такая оценка имеет важное практическое значение для предстоящих космических миссий на Луну в связи с необходимостью уменьшения нежелательного влияния лунной пыли на инженерные системы и человека.

Основой методики по определению параметру левитирующих частиц в данном проекте выступает оптический метод. С помощью стереопары цифровых видеокамер происходит регистрация треков взлетающих частиц. По известным параметрам стереосистемы и экспериментальной установки становится возможным определить скорость и заряд частиц. Для обработки изображений с треками было разработан специализированный алгоритм. Этот метод и алгоритм обработки был апробирован в ходе работ по гранту РНФ №17-12-01458, выполненных в ИКИ РАН, совместно с НИУ «МЭИ».

Оптический метод позволяет одновременно получить информацию о частицах, происходящих в объеме 5х5х3 см^3. Однако программное обеспечение не позволяет проводить автоматизированную регистрацию событий по взлету частиц и требует большого количества ручных операций по выбору подходящих треков. В данном проекте оптический метод будет модернизирован. В первый год проекта планируется модернизация программного обеспечения для повышения точности и степени автоматизации измерений. Также планируется закупка скоростных камер, которые позволят определять мгновенную скорость частиц и значительно улучшат временное разрешение проводимых исследований. При переходе к измерению мгновенной скорости частицы будет необходимо разработка алгоритма и программного обеспечения для определения положения отдельной частицы (а не трека частицы) в трехмерном пространстве. Разработка такого алгоритма запланирована на второй год проекта.

Несмотря на то, что оптические измерения позволяют получить большое количество информации о процессах, происходящих при физическом моделировании, для увеличения точности необходимо получать информацию о параметрах частиц от других независимых источников. Такими источниками могут служить датчики, основанные на других физических принципах. Например, ударные и индукционные датчики. Второй отличительной особенностью предлагаемого проекта от других подобных исследований, является разработка методики измерения параметров пылевых частиц на основе комплексирования сигналов с различных датчиков. Одновременно с оптическим методом будет использована регистрация параметров частиц с помощью индукционных и ударных датчиков.

В первый год проекта планируется разработка специализированного многоэлементного индукционного датчика, позволяющего измерять скорость и заряд одновременно нескольких частиц. При этом для каждой частицы будет известно примерное положение в пространстве. Во второй год проекта планируется разработка ударного многоэлементного датчика, позволяющего определить импульс частиц и их примерное положение.

Для успешного применения индукционных и ударных датчиков будут проведены экспериментальные исследования по воздействию на них монодисперсных частиц, в том числе и заряженных, на установке в НИУ «МЭИ». Такие экспериментальные исследования, запланированные на второй и третий год проекта, позволят провести кросскалибровку датчиков, увеличить точность измерений с их помощью, определить границы их применимости.

Для одновременного подключения двух и более цифровых скоростных камер, обработки их изображений, регистрации данных с индукционных и ударных датчиков будет необходима закупка двух рабочих станций (для МЭИ и ИКИ), с подходящей вычислительной возможностью и наличием свободного места для хранения большого количества экспериментальных изображений и других данных.

Совместно с видеорегистрацией происходящих процессов с помощью двух и более цифровых камер, будет возможно определить все параметры частиц: скорость, заряд, массу и размер. Это позволит проводить исследования плазменно-пылевой динамики безатмосферных тел на новом качественном уровне.

Первый год проекта (2022):
1. Проведение экспериментальных исследований по физическому моделированию плазменно-пылевой динамики безатмосферных тел при воздействии на симулянты грунта внешнего статического электрического поля. Исследование спектра скоростей левитирующих частиц и изучение условий их отрыва от поверхности для различных размеров и материалов, входящих в составы имитаторов лунного грунта.
2. Разработка методики измерения параметров пылевых частиц на основе комплексирования сигналов с различных датчиков. К основному оптическому каналу для одновременного измерения параметров частиц, планируется добавить индукционные и ударные датчики.
3. Разработка проекта модернизации экспериментальной установки: увеличение оптического доступа к исследуемым объектам, установка дополнительного оборудования для моделирования воздействия различных факторов на исследуемые образцы (УФ излучение, электронный пучок), установка дополнительных датчиков для определения параметров электромагнитной среды внутри камеры. Проработка добавления инжектора жидких частиц.
4. Подбор необходимых компонентов для их закупки: вакуумной арматуры, оптических элементов, источников излучения, цифровых видеокамер, электронных компонент.
5. Модернизация программного обеспечения для регистрации и обработки данных в оптическом эксперименте, в том числе с помощью скоростных камер. Повышение автоматизации проводимых измерений для набора статистически значимого количества событий.
6. Разработка многоэлементного индукционного датчика и усилителя его сигналов для определения скорости и заряда левитирующих частиц. Разработка принципиальной электрической схемы, топологии печатной платы, изготовление макета, отладка устройства.
7. Проведение первого этапа модернизации экспериментальной установки: увеличение оптического доступа в вакуумную камеру, добавление источника УФ излучения, добавление индукционных датчиков для независимого от оптического канала измерения параметров левитирующих частиц. Отладка основных узлов, доработка методики проведения экспериментальных исследований на установке.
8. Подготовка публикаций и подготовка отчета по работам в первой год проекта.

Второй год проекта (2023):
1. Продолжение экспериментальных исследований по физическому моделированию плазменно-пылевой динамики безатмосферных тел под воздействием УФ излучения, дополнительная регистрация параметров частиц индукционными и ударными датчиками. Исследование спектра скоростей левитирующих частиц и изучение условий их отрыва от поверхности для различных размеров и материалов, входящих в составы имитаторов лунного грунта.
2. Разработка программного обеспечения для проведения автоматизированных измерений параметров частиц со всех типов датчиков.
3. Разработка программного обеспечения для определения положения частиц в трехмерном пространстве при использовании двух и более цифровых скоростных видеокамер.
4. Разработка ударного датчика и усилителя его сигналов для определения импульса левитирующих частиц. Разработка принципиальной электрической схемы, топологии печатной платы, изготовление макета, отладка устройства.
5. Отработка методики проведения эксперимента с применением инжектора жидких частиц. Воздействие жидких частиц на ударный и индукционный датчики.
6. Проведение второго этапа модернизации экспериментальной установки: добавление источника электронов для моделирования однокомпонентной неравновестной низкотемпературной плазмы, добавление ударных датчиков для независимого от оптического канала измерения параметров левитирующих частиц. Отладка основных узлов, доработка методики проведения экспериментальных исследований на установке.
7. Подготовка публикаций и подготовка отчета по работам во втором году проекта.

Третий год проекта (2024):
1. Продолжение экспериментальных исследований по физическому моделированию плазменно-пылевой динамики безатмосферных тел под воздействием источника электронов. Одновременная регистрация параметров частиц оптическим методом, индукционными и ударными датчиками. Исследование спектра скоростей левитирующих частиц и изучение условий их отрыва от поверхности для различных размеров и материалов, входящих в составы имитаторов лунного грунта.
2. Проведение экспериментов по воздействию жидких частиц на индукционные и ударные датчики с одновременной видеорегистрацией взаимодействия жидкой частицы с датчиками.
3. Подготовка публикаций и подготовка отчета по работам в третьем году и по проекту в целом.

Основными результатами первого года проекта должны стать:
- получение спектров скоростей левитирующих частиц и определение условий их отрыва от поверхности для различных размеров и материалов, входящих в составы имитаторов лунного грунта, под воздействием электростатического поля;
- разработанный многоэлементный индукционный датчик для определения скорости и заряда левитирующих частиц;
- модернизированная экспериментальная установка с увеличенным оптическим доступом, источником УФ излучения, и индукционными датчиками для независимого от оптического канала измерения параметров левитирующих частиц.

Основными результатами второго года проекта должны стать:
- получение спектров скоростей левитирующих частиц и определение условий их отрыва от поверхности для различных размеров и материалов, входящих в составы имитаторов лунного грунта, под воздействием электростатического поля и УФ излучения;
- разработанный ударный датчик для определения импульса левитирующих частиц;
- модернизированная экспериментальная установка с источником электронов и ударным датчиком для независимого от оптического канала измерения параметров левитирующих частиц.

Основными результатами третьего года проекта должны стать:
- получение спектров скоростей левитирующих частиц и определение условий их отрыва от поверхности для различных размеров и материалов, входящих в составы имитаторов лунного грунта, под воздействием электростатического поля, УФ излучения и однокомпонентной низкотемпературной неравновесной плазмы;
- результаты экспериментальных исследований по воздействию жидких частиц на индукционные и ударные датчики с одновременной видеорегистрацией их взаимодействия.

In the proposed project, the main object of research is the plasma-dust dynamics of non-atmospheric bodies. The main method by which it is planned to study it is physical modeling. It consists in recreating environmental conditions on the surface of atmospheric bodies. For this, soil simulators are placed in a vacuum chamber, where they are acted upon by various factors that simulate the effects of solar wind, micrometeorites, etc. In this case, the phenomenon of levitation (take-off, detachment) of particles of the soil simulator occurs. Measurement of the parameters of such particles (mass, velocity, charge, shape) makes it possible to study the processes occurring in the simulator itself, and to extrapolate these processes to the soils of non-atmospheric bodies.

The first distinguishing feature of the proposed project from other similar studies is an attempt to recreate the complex effect of space factors on soil simulators. As a rule, in similar studies, setups are used that make it possible to simulate the effects of these factors only partially.

An experimental setup has been created at the IKI RAS, which is used in research on the plasma-dust dynamics of non-atmospheric bodies. In particular, research was carried out on it in the course of work under the grant of the Russian Science Foundation No. 17-12-01458. At the moment, the installation makes it possible to simulate the effect of an external electric field on soil simulators. At the NRU «MPEI», together with the IKI RAS, an optical stereo system for the registration of levitating particles and an image processing algorithm for determining their speed and charge were developed.

In the course of the project, it is planned to modernize the experimental setup: increase the internal volume of the vacuum chamber, increase the optical access to the measured volume, add devices for simulating the effects of space factors (UV and electron sources), and install a number of new sensors to determine the parameters of levitating particles. For the first year of the project, it is planned to develop a project for the modernization of the experimental installation. The modernization will be implemented in two stages (the first and second years of the project) to evenly complicate the installation, debug individual components and assemblies, as well as evenly distribute the grant funds for the procurement of the necessary components and equipment.

One of the main types of work on the project will be experimental research on physical modeling of plasma-dust dynamics of atmospheric bodies. It is planned to carry out studies of the spectrum of velocities of levitating particles and to determine the conditions for their separation from the surface for various sizes and materials that make up the simulators of the lunar soil, when they are exposed to various factors that simulate the conditions of the environment of non-atmospheric bodies. The research will be carried out at the IKI RAN experimental facility throughout the project. The modernization of the installation will be carried out in parallel with the experiments, allowing gradually to increase their complexity and completeness of the obtained measurement results.

For the successful implementation of such studies, great attention will be paid to the preparation of soil simulators. It will consist in fractionation of particles, determination of the size, shape and mass of particles in the obtained fractions using a microscope, preparation of portions for experimental research. In parallel with the use of commercially available soil simulators, the project plans to produce its own particles using the technology of manufacturing monodisperse particles at a facility created at the MPEI National Research University. This installation will make it possible to obtain spherical particles with specified dimensions from a wide range of materials. Such particles can be used in experimental studies to set the size and mass of particles, as well as to calibrate sensors.

A separate point of experimental work will be the determination of the separation conditions (the thickness of the soil layer, the strength of its compaction, the magnitude of the external electric field, the intensity and exposure of UV radiation and the flow of electrons) of levitating particles for various sizes and materials that make up the simulators of the lunar soil. During the experiments, the detachment of particles can be caused by additional mechanical action on the substrate using piezoelectric elements or vibration motors. By determining the parameters of the levitating particles at a given level of mechanical action, it will be possible to estimate the value of the adhesion of the particles. Such an assessment is of great practical importance for the upcoming space missions to the Moon in connection with the need to reduce the undesirable effect of lunar dust on engineering systems and humans.

The basis of the method for determining the parameter of levitating particles in this project is the optical method. With the help of a stereo pair of digital video cameras, the tracks of taking off particles are recorded. Using the known parameters of the stereo system and the experimental setup, it becomes possible to determine the speed and charge of the particles. A specialized algorithm was developed for processing images with tracks. This method and processing algorithm was tested in the course of work under the grant of the Russian Science Foundation No. 17-12-01458, carried out at the IKI RAS, together with the NRU «MPEI».

The optical method allows you to simultaneously obtain information about particles occurring in a volume of 5x5x3 cm^3. However, the software does not allow automated registration of particle take-off events and requires a large number of manual operations to select suitable tracks. In this project, the optical method will be modernized. In the first year of the project, it is planned to upgrade the software to improve the accuracy and degree of automation of measurements. It is also planned to purchase high-speed cameras, which will allow determining the instantaneous velocity of particles and significantly improve the temporal resolution of the research being carried out. In the transition to measuring the instantaneous velocity of a particle, it will be necessary to develop an algorithm and software to determine the position of an individual particle (and not a particle track) in three-dimensional space. The development of such an algorithm is planned for the second year of the project.

Despite the fact that optical measurements make it possible to obtain a large amount of information about the processes occurring in physical modeling, in order to increase the accuracy, it is necessary to obtain information on the parameters of particles from other independent sources. Sensors based on other physical principles can serve as such sources. For example, shock and induction sensors.

The second distinguishing feature of the proposed project from other similar studies is the development of a method for measuring the parameters of dust particles based on the integration of signals from various sensors. Simultaneously with the optical method, the registration of particle parameters using induction and shock sensors will be used.

In the first year of the project, it is planned to develop a specialized multielement induction sensor that can measure the speed and charge of several particles simultaneously. In this case, for each particle, the approximate position in space will be known. In the second year of the project, it is planned to develop a multi-element percussion sensor that allows determining the momentum of particles and their approximate position.

For the successful use of induction and shock sensors, experimental studies will be carried out on the effect on them of monodisperse particles, including charged ones, at the facility at the National Research University «MPEI». Such experimental studies, planned for the second and third years of the project, will make it possible to cross-calibrate the sensors, increase the measurement accuracy with their help, and determine the limits of applicability.

To simultaneously connect two or more digital high-speed cameras, process their images, record data from induction and shock sensors, it will be necessary to purchase a workstations with suitable computing capabilities and free space for storing a large number of experimental images and other data.

Together with video recording of the ongoing processes using two or more digital cameras, it will be possible to determine all the parameters of particles: velocity, charge, mass and size. This will make it possible to carry out studies of the plasma-dust dynamics of atmosphereless bodies at a new qualitative level.

First year of the project (2022):
1. Carrying out experimental studies on the physical modeling of the plasma-dust dynamics of atmosphereless bodies when exposed to an external static electric field on the soil simulators. Investigation of the spectrum of velocities of levitating particles and the study of the conditions for their separation from the surface for various sizes and materials that make up the simulators of the lunar soil.
2. Development of a technique for measuring the parameters of dust particles based on the integration of signals from various sensors. It is planned to add induction and shock sensors to the main optical channel for the simultaneous measurement of particle parameters.
3. Development of a project for the modernization of the experimental setup: increasing the optical access to the objects under study, installing additional equipment to simulate the effect of various factors on the samples under study (UV radiation, electron beam), installing additional sensors to determine the parameters of the electromagnetic environment inside the chamber. Elaboration of adding a liquid particle injector.
4. Selection of the necessary components for their purchase: vacuum fittings, optical elements, radiation sources, digital video cameras, electronic components.
5. Modernization of software for recording and processing data in an optical experiment, including with the help of high-speed cameras. Improving the automation of measurements to collect a statistically significant number of events.
6. Development of a multi-element induction sensor and an amplifier of its signals to determine the speed and charge of levitating particles. Development of a circuit diagram, printed circuit board topology, production of a breadboard, device debugging.
7. Carrying out the first stage of modernization of the experimental setup: increasing the optical access to the vacuum chamber, adding a UV radiation source, adding induction sensors for measuring the parameters of levitating particles independent of the optical channel. Debugging of the main units, refinement of the experimental research methodology at the facility.
8. Preparation of publications and preparation of a report on the work in the first year of the project.

Second year of the project (2023):
1. Continuation of experimental research on physical modeling of dusty plasma dynamics of atmospheric bodies under the influence of UV radiation, additional registration of particle parameters by induction and shock sensors. Investigation of the spectrum of velocities of levitating particles and the study of the conditions for their separation from the surface for various sizes and materials that make up the simulators of the lunar soil.
2. Development of software for automated measurements of particle parameters from all types of sensors.
3. Development of software for determining the position of particles in three-dimensional space using two or more digital high-speed video cameras.
4. Development of a shock sensor and an amplifier of its signals to determine the impulse of levitating particles. Development of a circuit diagram, printed circuit board topology, production of a breadboard, device debugging.
5. Development of the experimental technique using a liquid particle injector. Impact of liquid particles on shock and induction sensors.
6. Carrying out the second stage of modernization of the experimental setup: adding an electron source for simulating a one-component nonequilibrium low-temperature plasma, adding shock sensors for measuring the parameters of levitating particles independent of the optical channel. Debugging of the main units, refinement of the experimental research methodology at the facility.
7. Preparation of publications and preparation of a report on the work in the second year of the project.

Third year of the project (2024):
1. Continuation of experimental research on physical modeling of dusty plasma dynamics of atmospheric bodies under the influence of an electron source. Simultaneous registration of particle parameters by optical method, induction and impact sensors. Investigation of the spectrum of velocities of levitating particles and the study of the conditions for their separation from the surface for various sizes and materials that make up the simulators of the lunar soil.
2. Conducting experiments on the effect of liquid particles on induction and shock sensors with simultaneous video recording of the interaction of a liquid particle with sensors.
3. Preparation of publications and preparation of a report on the work in the third year and on the project as a whole.

The main results of the first year of the project should be:
- the velocity spectra of levitating particles and determining the conditions for their separation from the surface for various sizes and materials that make up the lunar soil simulators under the influence of an electrostatic field;
- developed multi-element induction sensor for determining the speed and charge of levitating particles;
- a modernized experimental setup with increased optical access, a UV radiation source, and induction sensors for measuring the parameters of levitating particles independent of the optical channel.

The main results of the second year of the project should be:
- the velocity spectra of levitating particles and determining the conditions for their separation from the surface for various sizes and materials that make up the lunar soil simulators under the influence of an electrostatic field and UV radiation;
- developed shock sensor for determining the impulse of levitating particles;
- a modernized experimental setup with an electron source and a shock sensor for measuring the parameters of levitating particles independent of the optical channel.

The main results of the third year of the project should be:
- the velocity spectra of levitating particles and determining the conditions for their separation from the surface for various sizes and materials that make up the lunar soil simulators under the influence of an electrostatic field, UV radiation and a single-component low-temperature nonequilibrium plasma;
- the results of experimental studies on the effect of liquid particles on induction and shock sensors with simultaneous video recording of their interaction.

4.7 Имеющийся у научного коллектива научный задел по проекту, наличие опыта совместной реализации проектов (указываются полученные ранее результаты, разработанные программы и методы)
Члены научного коллектива предлагаемого проекта имеет многолетний опыт в области теоретических исследований и экспериментальных работ в области оптической диагностики, монодисперсных криогенных технологий, физики плазмы, а также космических исследований, в том числе по созданию научных приборов для космических аппаратов.

Научном коллективом ранее были:

• получены теоретические результаты по исследованиям формирования и свойств плазменно- пылевой системы у поверхности Луны [Popel et.al. 2014, Попель 2015, Попель и др. 2013], распределению пылевых частиц по размерам [Голубь и др. 2012], распределению фотоэлектронов в приповерхностном слое на освещенной стороне Луны [Попель и др. 2014], влиянию проводимости реголита Луны на плазменно-пылевые процессы у ее поверхности [Borisov et. al. 2015], влиянию микрометеоритов на процессы отрыва пылевых частиц реголита от ее поверхности [Попель и др. 2016] и др.;
• рассмотрена проблема динамики пылевых частиц вблизи астероида [Borisov et. al. 2014] и поверхности спутника Марса Фобоса и формирования пылевого тора вблизи орбиты этого тела [Zakharov et. al. 2014] и участие в разработке методов экспериментальных исследований и создании приборов для установки на космические аппараты с целью исследования параметров околоземной и межпланетной плазмы, параметров частиц космической пыли [Zelenyi et. al. 2010, Sandahl et. al. 1999];
• создана экспериментальная вакуумная установка для воздействия заряженных пылевых частиц на различные материалы и разработки методов регистрации низкоскоростных пылевых частиц, начаты работы по численному моделированию влияния посадочного аппарата на результаты измерений параметров окружающей плазмы с использованием программного продукта SPIS- DUST, разработанного ONERA при поддержке Европейского космического агентства [Kuznetsov et. al. 2016];
• получены первые результаты по визуализации левитации микрочастиц в ходе физического моделирования динамики пылевых частиц безатмосферных тел [Poroykov et. al. 2019], произведена оценка параметров пылевых частиц, в том числе их заряда и скорости [Zakharov et. al. 2021] с помощью методов цифровой обработки изображений;
• впервые в мире зафиксирован монодисперсный без образования капель спутников распад тонких капиллярных струй H2, N2, Ar; в результате экспериментов со струями H2 и N2 было обнаружено не соответствие полученных результатов с линейной теории Релея, получен поток твёрдых монодисперсных гранул с малой расходимостью.
• Члены научного коллектива имеют успешный опыт работы по грантам РФФИ, РНФ, Минобрнауки, госзаданию, международным проектам и хоздоговорным темам, в том числе в качестве руководителей. Научный задел, имеющийся на данный момент у научного коллектива, соответствуют передовым мировым разработкам, ведущимся в университетах и космических центрах США (НАСА) и Европы (ЕКА), что подтверждается тесным сотрудничеством и взаимными интересами, выражающимися в совместных проектах и публикациях участников проекта, рабочих совещаниях, участием в международных конференциях, в частности с учеными Германии, Италии, США, Франции.

4.8 Перечень оборудования, материалов, информационных и других ресурсов, имеющихся у научного коллектива для выполнения проекта (в том числе – описывается необходимость их использования для реализации проекта)
Для успешного проведения работ по проекту планируется использовать имеющиеся экспериментальные установки и имеющееся диагностическое оборудование. Работы планируется проводить на экспериментальных установках НИУ МЭИ и ИКИ РАН. Примерный список имеющегося оборудования:
- вакуумная установка с оптической системой визуализации левитирующих пылевых частиц в составе:

1. измеритель вакуума Multitorr ERSTVAK MTM9D-KF-25 No17570370;
   
2. турбомолекулярный откачной пост WELCH by GD CDK 240 230В 50;
   
3. две видеокамеры машинного зрения Baumer VLG-24M, монохромная, матрица SONY IMX249, 1/1.2« CMOSD, 1920×1080, 38 к/с;
   
4. высоковольтный источник питания Sh0105;
   

- установка по получению монодисперсных потоков в составе:

1. вакуумный криостат;
   
2. вакуумная система;
   
3. система подачи рабочей жидкости в вакуумную камеру;
   
4. система метрологии;
   

- электрометр 6514/E;
- набор калиброванных частиц различных размеров из различных материалов;
- вибро-грохот Retsch AS200 basic 220V No1217090824;
- ультразвуковая ванна Ultrasonic cleaner Vilitek VBS-40;
- оптический микроскоп Альтами МЕТ 6Т/6С;
- видеокамера машинного зрения Baumer VLG-12M, монохромная, матрица SONY ICX445, 1/3» CCD, 1288×960, 42 к/с;
- осциллограф Tektronix MSO3054;
- источник питания постоянного тока GwInstekGPS 3303;
- генератор сигналов Tektronix AFG3021C;
- рабочая станция HP ProDesk 400 G5 SFF/ Core i7-8700/ 8GB/ 256GB SSD/ DVD-RW/ Win10Pro;
- рабочая станция (Core i7-2600 / 8 Гб / 1 + 1 Тб / NVIDIA Quadro 2000 / DVDRW / Win10 Pro);
- рабочая станция (Core i7-2600 / 8 Гб / 1 Тб / ASUS EAH5770 / DVDRW / Win7 Pro).

4.9 План работы на первый год выполнения проекта (в том числе указываются запланированные командировки (экспедиции) по проекту)
( примерная диаграмма Ганта)
- Проведение экспериментальных исследований по физическому моделированию плазменно-пылевой динамики безатмосферных тел при воздействии на симулянты грунта внешнего статического электрического поля. Исследование спектра скоростей левитирующих частиц и изучение условий их отрыва от поверхности для различных размеров и материалов, входящих в составы имитаторов лунного грунта. Анализ полученных результатов (8 месяцев)
- Подготовка образцов имитаторов Лунного грунта: фракционирование частиц, определение размеров, формы и массы частиц в полученных фракциях с помощью микроскопа, подготовка порций для экспериментальных исследований (3 месяца)
- Изготовление частиц-симулянтов лунного грунта с применением монодисперсной технологии. Получение частиц заданного размера (массы), материала и формы (4 месяца)
- Разработка методики измерения параметров пылевых частиц на основе комплексирования сигналов с различных датчиков. Выбор видов датчиков, их взаимного расположения, расчет их основных характеристик (чувствительность, динамический диапазон, инерционность, и т.п.). Выбор способа синхронизации измерений с различных датчиков (3 месяца)
- Разработка проекта модернизации экспериментальной установки. Разработка 3D модели вакуумной камеры. Проработка включения в установку инжектора жидких частиц. Выбор вакуумной арматуры, оборудования для имитации воздействия внешних факторов безатмосферных тел на грунт. Определение взаимного расположения оборудования и датчиков (3 месяца)
- Закупка необходимого оборудования для проведения первого этапа модернизации экспериментальной установки по физическому моделированию плазменно-пылевой динамики безатмосферных тел (4 месяца)
- Разработка многоэлементного индукционного датчика и усилителя его сигналов для реализации методики комплексированного измерения параметров пылевых частиц, разработка принципиальной электрической схемы, топологии печатной платы, изготовление макета, отладка устройства (3 месяца)
- Модернизация программного обеспечения для регистрации и обработки данных в оптическом эксперименте, в том числе с помощью скоростных камер. Повышение автоматизации проводимых измерений для набора статистически значимого количества событий (4 месяца)
- Проведение первого этапа модернизации экспериментальной установки: увеличение оптического доступа в вакуумную камеру, добавления источника УФ излучения, добавления датчиков для независимого от оптического канала измерения параметров левитирующих частиц. Отладка основных узлов, доработка методики проведения экспериментальных исследований на установке (3 месяца)
- Командировки для представления результатов, полученных по проекту, на международных конференциях (1-2 недели)
- Подготовка публикаций и отчета по первому этапу (6 месяцев)

- Carrying out experimental studies on the physical modeling of the plasma-dust dynamics of non-atmospheric bodies when exposed to an external static electric field on the soil simulators. Investigation of the spectrum of velocities of levitating particles and the study of the conditions for their separation from the surface for various sizes and materials that make up the simulators of the lunar soil. Analysis of the results obtained (8 months)
- Preparation of samples of simulators of the Lunar soil: fractionation of particles, determination of the size, shape and mass of particles in the obtained fractions using a microscope, preparation of portions for experimental research (3 months)
- Manufacturing of particles-simulators of lunar soil using monodisperse technology. Obtaining particles of a given size (mass), material and shape (4 months)
- Development of a technique for measuring the parameters of dust particles based on the integration of signals from various sensors. Selection of types of sensors, their relative position, calculation of their main characteristics (sensitivity, dynamic range, inertia, etc.). Choosing a method for synchronizing measurements from different sensors (3 months)
- Development of a project for the modernization of the experimental installation. Development of a 3D model of the vacuum chamber. Elaboration of the inclusion of a liquid particle injector into the installation. The choice of vacuum fittings, equipment to simulate the impact of external factors of atmospheric bodies on the ground. Determination of the relative position of equipment and sensors (3 months)
- Purchase of the necessary equipment for the first stage of modernization of the experimental installation for physical modeling of plasma-dust dynamics of atmospheric bodies (4 months)
- Development of a multi-element induction sensor and an amplifier of its signals for the implementation of the method of integrated measurement of the parameters of dust particles, development of a circuit diagram, printed circuit board topology, production of a breadboard, debugging of the device (3 months)
- Modernization of software for recording and processing data in an optical experiment, including using high-speed cameras. Improving the automation of measurements to collect a statistically significant number of events (4 months) - Carrying out the first stage of modernization of the experimental setup: increasing the optical access to the vacuum chamber, adding a UV radiation source, adding sensors for measuring the parameters of levitating particles independent of the optical channel. Debugging of the main units, revision of the experimental research methodology at the facility (3 months)
- Business trips to present the results of the project at international conferences (1-2 weeks)
- Preparation of publications and a report on the first stage (6 months)

4.10 Планируемое на первый год содержание работы каждого основного исполнителя проекта (включая руководителя проекта)
Проведение экспериментальных исследований по физическому моделированию плазменно-пылевой динамики безатмосферных тел при воздействии на симулянты грунта внешнего статического электрического поля (Шашкова И.А., Кузнецов И.А., Поройков А.Ю., Шеховцова А.В., Шматко Е.В., Сивов Н.Ю.).
Подготовка образцов имитаторов Лунного грунта (Шеховцова А.В., Шашкова И.А.).
Изготовление частиц-симулянтов лунного грунта с применением монодисперсной технологии (Бухаров А.В., Вишневский Е.В.).
Разработка методики измерения параметров пылевых частиц на основе комплексирования сигналов с различных датчиков (Поройков А.Ю., Захаров А.В., Кузнецов И.А., Шашкова И.А., Шматко Е.В., Сивов Н.Ю.).
Разработка проекта модернизации экспериментальной установки (Поройков А.Ю., Захаров А.В., Бухаров А.В., Кузнецов И.А., Шашкова И.А., Вишневский Е.В.).
Разработка многоэлементного индукционного датчика и усилителя его сигналов для реализации методики комплексированного измерения параметров пылевых частиц (Поройков А.Ю., Шматко Е.В., Вишневский Е.В.).
Модернизация программного обеспечения для регистрации и обработки данных в оптическом эксперименте (Поройков А.Ю., Шматко Е.В., Сивов Н.Ю.).
Проведение первого этапа модернизации экспериментальной установки (Поройков А.Ю., Захаров А.В., Бухаров А.В., Кузнецов И.А., Вишневский Е.В., Сивов Н.Ю.).
Подготовка 3 публикаций в списке Scopus и Wos (все члены коллектива).

4.11 Ожидаемые в конце первого года конкретные научные результаты (форма изложения должна дать возможность провести экспертизу результатов и оценить степень выполнения заявленного в проекте плана работы)
Основными результатами первого года проекта должны стать:
- получение спектров скоростей левитирующих частиц и определение условий их отрыва от поверхности для различных размеров и материалов, входящих в составы имитаторов лунного грунта;
- разработанный многоэлементный индукционный датчик для определения скорости и заряда левитирующих частиц;
- модернизированная экспериментальная установка с увеличенным оптическим доступом, источником УФ излучения, и индукционными датчиками для независимого от оптического канала измерения параметров левитирующих частиц;
- по материалам исследований планируется подготовить 3 статьи для публикации в изданиях, присутствующих в списке WoS и/или SCOPUS.

The main results of the first year of the project should be:
- the velocity spectra of levitating particles and determining the conditions for their separation from the surface for various sizes and materials that make up the lunar soil simulators under the influence of an electrostatic field;
- developed multi-element induction sensor for determining the speed and charge of levitating particles;
- a modernized experimental setup with increased optical access, a UV radiation source, and induction sensors for measuring the parameters of levitating particles independent of the optical channel.
- based on the research materials, it is planned to prepare 3 articles for publication in the publications included in the WoS and / or SCOPUS list.

4.12 Перечень планируемых к приобретению за счет гранта оборудования, материалов, информационных и других ресурсов для выполнения проекта (в том числе – описывается необходимость их использования для реализации проекта)
- cимулянты лунного и марсианского грунта для проведения физического моделирования пылевой плазмы
- арматура, датчики и другое вакуумное оборудование для модернизации экспериментальных установок в НИУ МЭИ и ИКИ РАН
- камеры машинного зрения для модернизации оптического контроля параметров пылевых частиц
- объективы для камер машинного зрения
- лазерная система подсветки исследуемой области
- источник УФ излучения и источник электронов для проведения физического моделирования пылевой плазмы
- рабочие станции для реализации методики измерения параметров пылевых частиц на основе комплексирования сигналов с различных датчиков для установок в НИУ МЭИ и ИКИ РАН
- оплата командировок, услуг переводчика, редакторских услуг и открытого доступа (open access) для публикации результатов проекта в изданиях, присутствующих в списке WoS и/или SCOPUS

5.1 Планируемые расходы по проекту
ВСЕГО 7000 тыс. руб.

Вознаграждение членов научного коллектива (с учетом страховых взносов во внебюджетные фонды, без лиц категории «вспомогательный персонал») 3530 тыс. руб.

Вознаграждение лиц категории «вспомогательный персонал» (с учетом страховых взносов во внебюджетные фонды) 0 тыс. руб.

Оплата научно-исследовательских работ сторонних организаций, направленных на выполнение научного проекта 0 тыс. руб.

Расходы на приобретение оборудования и иного имущества, необходимых для проведения научного исследования (включая обучение работников, монтажные, пуско-наладочные и ремонтные работы) 1250 тыс. руб.

Расходы на приобретение материалов и комплектующих для проведения научного исследования 1120 тыс. руб.

Иные расходы для целей выполнения проекта 400 тыс. руб.

Накладные расходы организации 700 тыс. руб.

5.2 Расшифровка планируемых расходов

Итого вознаграждение (с учетом страховых взносов во внебюджетные фонды)
Руководитель Поройков А.Ю. 650 000 руб.
Основной исполнитель Кузнецов И.А. 350 000 руб.
Основной исполнитель Шашкова И.А. 400 000 руб.
Исполнитель Захаров А.В. 560 000 руб.
Исполнитель Бухаров А.В. 425 000 руб.
Исполнитель Ляш А.Н. 285 000 руб.
Исполнитель Шматко Е.В. 325 000 руб.
Исполнитель Вишневский Е.В. 200 000 руб.
Исполнитель Шеховцова А.В. 175 000 руб.
Исполнитель Сивов Н.Ю. 160 000 руб.

Расходы на приобретение оборудования и иного имущества, необходимых для проведения научного исследования:
Скоростные камеры машинного зрения с аксессуарами для модернизации оптического контроля параметров пылевых частиц (700 тыс. руб.).
Объективы для камер машинного зрения (200 тыс. руб.).
Источник УФ излучения (350 тыс. руб.).

Расходы на приобретение материалов и комплектующих для проведения научного исследования:
Вакуумная арматура для модернизации экспериментальной установки (1000 тыс. руб.).
Симулянты лунного и марсианского грунта для проведения физического моделирования пылевой плазмы (120 тыс. руб.).

Иные расходы для целей выполнения проекта:
Оплата командировок для представления результатов проекта на международных конференциях и оплата публикаций - 400 тыс. руб.