УНУ «Комплекс крупномасштабных геофизических стендов»
Сокращенное наименование УНУ: ККГС
Базовая организация: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук»
Ведомственная принадлежность: Минобрнауки России
Классификационная группа УНУ: Установки для исследований в области наук о жизни и Земле
Год создания УНУ: 1983
Размер занимаемых УНУ площадей, кв. м: 1336
Сайт УНУ: https://unu.ipfran.ru/
Средняя загрузка УНУ: нет данных о средней загрузке за 2022 год
Контактная информация:
Местонахождение УНУ:
|
Руководитель работ на УНУ:
|
Сведения о результативности за 2021 год (данные ежегодного мониторинга)
|
Информация об УНУ:
|
Основой комплекса являются стенд «Крот» (включенный в Реестр установок национальной значимости РФ №01-18), предназначенный для моделирования физических явлений в космической и околоземной плазме и Большой термостратифицированный опытовый бассейн ИПФ РАН (БОСБ) с высокоскоростным ветроволновым каналом (включенный в Реестр установок национальной значимости РФ №01-19), предназначенный для моделирования процессов в верхнем слое океана и приводном слое атмосферы в широком диапазоне параметров от штиля до урагана. В Комплекс крупномасштабных геофизических стендов для моделирования физических процессов в океане, атмосфере, ионосфере и магнитосфере ИПФ РАН входят гидрофизический стенд БОСБ с ветро-волновым каналом (№01-19 в Реестре установок национальной значимости РФ), плазменный стенд «Крот» (№01-18 в Реестре установок национальной значимости РФ), стенд «Ионосфера» и стенд «Тонис». Все установки находятся во II Отделении ИПФ РАН Гидрофизический стенд БОСБ принадлежит Отделу нелинейных геофизических процессов (230) ИПФ РАН. Плазменные установки принадлежат Отделу геофизической электродинамики (№260) ИПФ РАН, находятся в одном здании, связаны энергетически и функционально. Гидрофизический стенд БОСБ предназначен для моделирования гидрофизических процессов в океане и приповерхностном слое атмосферы. Площадь занимаемая стендом 250 кв.м. Сам бассейн представляет собой прямоугольную чашу, выполненную из нержавеющей стали размером 20*4*2 м общим объемом 160 куб.м. Бассейн оборудован уникальной системой создания и поддержания температурной стратификации термоклинного типа с максимальным градиентом до 1.5 Со/см (частота плавучести 0.03 Рад/с) и возможностью варьирования температуры приповерхностного слоя воды в широком диапазоне от 8 до 28 Со. Для этого бассейн оснащен тремя холодильными машинами общей мощностью более 130 000 ккал/ч, 6 насосами. Бассейн оборудован широким спектром устройств и систем для создания течений различного типа: 1) Управляемый волнопродуктор поверхностных волн обеспечивающий генерацию в диапазоне (1-4 Гц) амплитудами от 0.3 до 5 см, в качестве рабочих тел используются цилиндры различного диаметра (5 – 16 см) 2) Управляемый волнопродуктор внутренних волн – вертикально осциллирующая пластина. Частота генерации 0.008 – 0.05 Гц, амплитуды внутренних волн 0.4 – 5 см 3) Система тросовой буксировки тел со скоростью до 2 м/с (глубина до 0.7 м) 4) Буксировочная тележка. Скорость буксировки до 1.5 м/с (глубина не ограничена). 5) Высокоскоростной прямоточный ветро-волновой каналом. Рабочее сечение канала 0.4*0.4 м. Длина прямой рабочей части над водной поверхностью 10 м. Реализована возможность создания ветрового потока со скоростями на оси канала от 0 до 25 м/с (эквивалентная скорость для натурных условий до 40 м/с – ураганные ветра). Канал оснащен собственным управляемым волнопродуктром. Температура воздуха в канале может регулироваться путем забора как из рабочего помещения так из внешней среды (улицы). Таким образом, может быть создана необходимая разность температуры между воздухом и поверхностью воды (стратификация приводного слоя). Реализована возможность одновременного включения всех вышеперечисленных систем для создания необходимой гидрофизической обстановки БОСБ. Для проведения исследований БОСБ оснащен мощным комплексом измерительных устройств включающих в себя 1) контактные методы (температурные датчики, термоанемометры, трубки Пито с дифференциальными манометрами, ультразвуковые измерители скорости воздушных и водных течений (доплеровские и по запаздыванию сигнала) и т.п.) 2) современные методы оптической велосиметрии PIV/PTV-методы. Сама по себе возможность применения и сочетания этих устройств, одновременного их использования в экспериментах является уникальной. Плазменный стенд «Крот» предназначен для моделирования физических явлений в космической плазме. Площадь, занимаемая стендом – 1000 кв. м. В состав стенда входят вакуумная камера объемом 180 куб. м., откачиваемая до давления остаточного газа 5 мкТорр, а также высокоэнергетичное электрофизическое оборудование для индукционного пробоя рабочего газа (аргона, гелия, водорода при давлении 10 – 500 мкТорр) и генерации импульсного магнитного поля. Для создания плазмы применяется система из четырех импульсных высокочастотных генераторов полной мощностью 5 МВт. Для генерации внешнего магнитного поля используется емкостной накопитель с запасаемой энергией до 1 МДж, коммутируемый на магнитную систему (соленоид), установленную в вакуумном объеме. Создаваемое магнитное поле имеет пробочную конфигурацию с пробочным отношением 2.4, величина магнитного поля в минимуме варьируется в пределах от 0 до 1000 Гс. Режим работы стенда – импульсно-периодический, с частотой повторения до 0.2 Гц. Максимальная концентрация создаваемой плазмы превышает 1013 см-3, максимальное значение температуры электронов достигает 20 эВ. Эксперименты выполняются в распадающейся плазме, после выключения плазмосоздающих генераторов; характерное время диффузионного распада плазмы – порядка 10 мс. Уникальность установки состоит в рекордно большом объеме создаваемой плотной плазмы (до 80 куб. м.) с высокой степенью однородности по всем измерениям, недостижимой на стандартных лабораторных установках. Плазменный столб, изолированный от металлических стенок камеры, позволяет выполнять исследования в приближении «безграничной» плазмы, имитирующем физические условия в ближнем космосе. Широкий диапазон изменения концентрации распадающейся плазмы (от максимального значения до нуля) и величины магнитного поля, имитирующего магнитное поле Земли, делает возможным проведение качественного исследования и количественного (масштабного) моделирования широкого спектра волновых явлений и динамики плазмы в ближнем космосе. Другой аспект уникальности – высокая повторяемость параметров разряда (на уровне 1%) от одного «выстрела» к другому, позволяющая накапливать большой объем экспериментальных данных за много циклов работы стенда. Стенд «Ионосфера» занимает площадь 60 кв. м., в его состав входят вакуумная камера объемом 2 куб.м., откачиваемая до давления остаточного газа 1 мкТорр, импульсный высокочастотный генератор для индукционного пробоя рабочего газа (аргона, гелия, водорода при давлении 1 – 10 мТорр) и источник импульсного магнитного поля. Мощность плазмосоздающего генератора составляет 150 кВт, объем создаваемой плазмы – более 1 куб. м. Создаваемое магнитное поле однородно по длине установки, величина магнитного поля варьируется в пределах от 0 до 2000 Гс. Режим работы стенда – импульсно-периодический, с частотой повторения до 0.2 Гц. Максимальная концентрация создаваемой плазмы на порядок выше, чем на стенде «Крот» (1014 см-3), максимальное значение температуры электронов около 10 эВ. Эксперименты выполняются в распадающейся плазме, после выключения плазмосоздающих генераторов; характерное время диффузионного распада плазмы – порядка 2 мс. Назначение стенда – моделирование физических эффектов, развивающихся при проведении нагревных ионосферных экспериментов (возбуждение искусственной ионосферной турбулентности, генерация ИРИ), моделирование взаимодействия электронных потоков с плазмой (включая генерацию АКР), испытания диагностических средств перед установкой в вакуумную камеру стенда «Крот». Стенд «Тонис-М» занимает площадь 30 кв. м., в его состав входит несколько разрядных камер из металла и диэлектрика (кварц) с системой форвакуумной и высоковакуумной откачки, длинноимпульсный (длительность импульса – до 1 с) ВЧ генератор мощностью 15 кВт для пробоя рабочего газа при давлении от 500 мкТорр до 760 Торр (атмосферное давление), высоковольтные источники, магнитная система для создания в разрядных объемах магнитного поля (при необходимости). Установка позволяет получать плазму с концентрацией до 1014 см-3 при атмосферном давлении в различных газах (воздух, азот, аргон). Назначение стенда – моделирование прохождения электромагнитного излучения через плазменные слои в газе высокого (атмосферного) давления, отработка средств диагностики плазмы атмосферного давления, плазменные и высоковольтные испытания антенных устройств различных типов и частотных диапазонов, эксплуатируемых в условиях электризации и плазмообразования. На сегодняшний день комплекс «Стенд “Крот”» не имеет аналогов в Российской Федерации и Европе. Единственными действующими аналогами являются недавно построенные в США стенды «LAPD-U» (Лос-Анджелес) и «SPSC» (Вашингтон). |
Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами, многофункциональность и междисциплинарность УНУ:
|
В УСУ комплекс крупномасштабных геофизических стендов для моделирования физических процессов в океане, атмосфере, ионосфере и магнитосфере ИПФ РАН входят гидрофизический стенд БОСБ с ветро-волновым каналом (№01-19 в Реестре установок национальной значимости РФ), плазменный стенд «Крот» (№01-18 в Реестре установок национальной значимости РФ), стенд «Ионосфера» и стенд «Тонис». Для проведения исследований БОСБ оснащен мощным комплексом измерительных устройств включающих в себя 1) контактные методы (температурные датчики, термоанемометры, трубки Пито с дифференциальными манометрами, ультразвуковые измерители скорости воздушных и водных течений (доплеровские и по запаздыванию сигнала) и т.п.); 2) современные методы оптической велосиметрии PIV/PTV-методы. Сама по себе возможность применения и сочетания этих устройств, одновременного их использования в экспериментах является уникальной. Уникальность установки заключается в возможности физического моделирования гидрофизических процессов природного и антропогенного характера в широком диапазоне изменения параметров гидросферы и атмосферы. Возможность масштабного физического моделирования позволяет не только реализовать (смоделировать) в лабораторных условиях параметры окружающей среды близкие к натурным; варьируя параметры лабораторного эксперимента можно прогнозировать ситуацию в реальных условиях. Большие размеры установки позволяют избежать паразитных эффектов связанных с влиянием ограниченных масштабов. Возможность поддержания начальных параметров в воздухе (распределения температуры), создания контролируемых возмущений (воздушных потоков, подводных и поверхностных течений) и их измерений высокоточной измерительной аппаратурой является уникальной. Возможность многократной воспроизводимости (повторяемости) параметров экспериментов (стратификации, характеристик воздушного потока) позволяет накапливать массив данных для последующий статистической обработки. Полученные таким образом результаты имеют высокую степень достоверности. По возможности создания и поддержания температурной стратификации в больших объемах БОСБ не имеет аналогов в мире. По характеристикам создаваемых воздушных потоков над взволнованной поверхностью единственным аналогом является Высокоскоростной ветро - волновой канал университета ASIST Майами Флорида, США. |
Направления научных исследований, проводимых на УНУ:
|
Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):
|
Приоритетные направления Стратегии НТР РФ (п. 20):
|
Состав УНУ и вспомогательное оборудование: (номенклатура — 65 ед.)
|
CCD камера 4Picos
анализатор остаточных газов с программой Vacuum Plus
Аппаратура и оборудование телевизионные (цифровая камера скоростной видеосъемки ВидеоСпринт G6)
Вакуумная камера
вакуумная система контроля в сборе
вакуумные затворы
ВАКУУМНЫЙ НАСОС 2НВР-60Д
ВАКУУМНЫЙ НАСОС 2НВР-60Д
вакуумный откачной пост WS, в сост 2х насосов Hena 300,1 насоса Okta 1200,смонтированных по раме
Вентиляторы общего назначения (вентилятор)
ВЧ устройство ВГИ65/5
выпрямитель для зарядки емкост накопителя
Высоковольтный блок питания ЕНЭ ГИМП
Вычислительная техника (Суперкомпьютер для высокопроизводительных научных вычислений)
Генератор ГИ-1
Генератор сигналов AFG3022C
датчик PT R
датчик PT R
датчик широкого диапазона
компл вак оборудования (дозир клапан DVR 116,контроллер RVC 300
Комплекс высокоскоростной съемки микропроцессов
Комплекс для измерения скорости течений в к-те рб.3800000
Комплекс многоканальной регистрации сейсмоакустических сигналов ПРОФИЛОМЕТР 300кГц
Комплект конденсаторов тонкопленочных
Комплект конденсаторов тонкопленочных металлизированных генератора импульсного магнитного поля стенда «Крот»
Лазер рб
Машины вычислительные электронные цифровые (сервер в комплекте)
Металлическая мебель
Многопараметрический зонд-профилограф
Многофункциональное сканирующее устройство СУ-07
Многофункциональный измерительный комплекс LDA/PDA ЛАД-056НН
Насос 2НВР-5ДМ
НАСОС ТМИ-500•1
Нестандартное оборудование БОСБ (изготовлено по чертежам ИПФ, Союзпроектверфи) (изготовлено по чертежам ИПФ, Союзпроектверфи)(изготовлено по чертежам ИПФ, Союзпроектверфи)
Оптические приборы. фото- и киноаппаратура (Фотоаппарат NIKON D 700)...
ОСЦИЛЛОГ тдс 220 с мод рас
Осциллограф DSO-475
Осциллограф TDS 3032B
Осциллограф TDS 3052B
осциллограф Tektronix MDO4054-3
ОСЦИЛЛОГРАФ ТDS3032В
осциллограф цифровой TDS - 1012 B
ОСЦИЛЛОГРАФ•
ОСЦИЛОСКОП
Портативная океанографическая электрическая лебедка
прецизионный измеритель
Приборы для измерения и регулирования давления (дифференциальный Баратрон)
Приборы для измерения и регулирования давления (трубка пневмометрическая конструкции ПИТО с поверкой)
Приборы для измерения параметров движения и счетчики (термоанемометр)
Приборы неразрушающего контроля качества материалов и изделий (лазер модели LCS-DTL-318)
Проволочный зонд (Приборы для измерения параметров движения и счетчики, миниатюрный проволочный зонд)
Сервер
Система измерения и контроля температуры
Средства измерения (Акустический двухкомпонентный датчик скорости и направления ветра)
Средства измерения (термоанемометр)
Стенд 30-25
Узлы и детали, инструменты, принадлежности и метизы оптические приборов (система влагозащиты для оптических элементов и блока питания)
Ультразвуковой анемометр 2D WindSonic
Ускоритель стенда 30-25 (модуль "Крот-F")
ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА ВВОДА ИЗОБРАЖЕНИЯ 'ВИДЕОСКАН-415/Ц-2201'
Цифровой осциллограф MS064 6-BW-8000
Цифровой осциллограф TDS 2024C
Экспериментальный стенд измерения температуры
Электронные компоненты (Лазер DTL-413)
Электронные компоненты (Преобразователь частоты CV-8000GW-3-45K IP21) |
Услуги УНУ: (номенклатура — 7 ед.)
|
Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899): Рациональное природопользование Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899): Транспортные и космические системы Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899): Транспортные и космические системы Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899): Рациональное природопользование Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899): Рациональное природопользование Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899): Рациональное природопользование Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899): Рациональное природопользование |
Методики измерений, применяемые на УНУ: (номенклатура — 8 ед.)
|
Метод локальной диагностики плотности плазмы на основе использования миниатюрного СВЧ-зонда
Наименование организации, аттестовавшей методику:
Институт прикладной физики РАН Дата аттестации: 01.01.2014
Методика исследования профиля средней скорости воздушного потока в канале
Наименование организации, аттестовавшей методику:
ИПФ РАН Методика уникальна: для всего мира
Методика исследования профиля средней температуры воздушного потока в канале
Наименование организации, аттестовавшей методику:
ИПФ РАН Методика уникальна: для всего мира
Методика исследования параметров волнения с помощью систем струнных волнографов
Наименование организации, аттестовавшей методику:
ИПФ РАН Методика уникальна: для России
Методика исследования пространственно-временных распределений температуры в воде
Наименование организации, аттестовавшей методику:
ИПФ РАН Методика уникальна: для России
Методика исследования подводных течений
Наименование организации, аттестовавшей методику:
ИПФ РАН Методика уникальна: для России
Способ лабораторных испытаний масштабных макетов геофизической аппаратуры, планируемой к установке на борт космических аппаратов, антенных устройств для проведения активных экспериментов в ближнем космосе и обеспечения радиосвязи в авиационных и космических приложениях в условиях электризации, воздействия потоков заряженных частиц и плазмы.
Способ масштабного лабораторного моделирования физических явлений, развивающихся при активном воздействии на околоземную плазму интенсивного электромагнитного излучения и потоков заряженных частиц, инжектируемых с поверхности Земли и с борта космических аппаратов.
|
