Выполнение работ по соглашению № 14.592.21.0001

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 22 августа 2014 г. № 14.592.21.0001 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 22 августа 2014 г. по 31 декабря 2014 г. выполнялись следующие работы:

• экспериментальные исследования существующих методов воспроизведения и передачи единиц спектрорадиометрии рентгеновского, УФ, видимого и ИК излучения, а также методов предполетной калибровки АНЗ по спектральной плотности энергетической яркости и радиометрических методов измерения термодинамической температуры МЧТ
• разработка с использованием одноэлектронного режима генерации синхротронного излучения методов измерений энергии и числа электронов, радиуса орбиты для высокоточного воспроизведения и передачи вторичным и рабочим эталонам, рабочим средствам измерений единиц спектрорадиометрии рентгеновского, УФ, видимого и ИК излучения совместно с НИЦ «Курчатовский институт»
• совершенствование метода предполетной калибровки АНЗ по спектральной плотности энергетической яркости на основе создаваемой новой шкалы термодинамической температуры на базе фундаментальных физических констант
• проведение ПНИ по созданию прецизионных оптических излучателей нового поколения на основе МЧТ в диапазоне от 300 К до 3000 К
• проведение экспериментальных фотометрических и радиометрических исследований в рамках международных сличений Консультативного комитета фотометрии и радиометрии (CCPR) Международного комитета Мер и Весов (МКМВ), метрологических организаций COOMET, EUROMET, APMP. Участие ФГУП ВНИИОФИ в международном проекте GEOSS (Global Earth Observation System of Systems) по координации космических систем мониторинга Земли
• проведение работ по дооснащению УНУ прецизионным измерительным оборудованием в соответствии с п.3.1 утвержденной Программы развития УНУ по этапу 1, в том числе:
  • спектрорадиометрическим комплексом для высокоточного измерения энергии электронов
  • прецизионным измерительным комплексом для высокоточного измерения числа электронов
  • спектрорадиометрическим комплексом для высокоточного измерения радиуса орбиты
• разработка и аттестация новых методик измерений в соответствии с п.3.3 утвержденной Программы развития УНУ по этапу 1
• проведение работ по поверке и калибровке измерительного оборудования в соответствии с п.3.4 утвержденной Программы развития УНУ по этапу 1
• проведение мероприятий по актуализации интернет-сайта УНУ
• проведение работ по развитию внутренней и международной кооперации УНУ в соответствии с п.3.7 утвержденной Программы развития УНУ по этапу 1
• проведение исследований и оказание услуг для сторонних организаций.

Основные результаты работ этапа №1

Проведены экспериментальные исследования существующих методов воспроизведения и передачи единиц спектрорадиометрии рентгеновского, УФ, видимого и ИК излучения.

Разработан с использованием одноэлектронного режима генерации синхротронного излучения методы измерений энергии и числа электронов, радиуса орбиты для высокоточного воспроизведения и передачи вторичным и рабочим эталонам, рабочим средствам измерений единиц спектрорадиометрии рентгеновского, УФ, видимого и ИК излучения совместно с НИЦ «Курчатовский институт».

Разработан комплект нормативных документов:

• методика калибровки средств измерений потока излучения полупроводниковых излучающих диодов
• разработана и аттестована методика измерений потока излучения, энергетической освещенности и экспозиционной дозы в диапазоне длин волн 10-200 нм
• разработана и аттестована методика измерений абсолютной спектральной чувствительности приемников излучения с многослойными наноструктурами в диапазоне длин волн 120-400 нм

Выполнены экспериментальные исследования существующих абсолютных и относительных радиометрических методов воспроизведения и передачи единиц спектрорадиометрии видимого и ИК излучения (СПЭЯ, СПСИ, СПЭО, СИ и ЭО) на основе высокотемпературной МЧТ ВВ3500М с системой измерения ее температуры, а также Абсолютного криогенного радиометра (АКР).

Исследованы существующие зарубежные и экспериментально опробованы на оборудовании УНУ ВНИИОФИ методы предполетной калибровки аппаратуры наблюдения Земли (АНЗ) по СПЭЯ, основанные на различных способах создания протяженных равноярких эталонных источников, а также на измерениях термодинамической температуры МЧТ радиометрическими методами. Обеспечиваемая точность воспроизведения СПЭЯ для калибровки АНЗ с размерами входных зрачков до 600 мм составляет порядка 1 – 1,5 % в спектральном диапазоне 0,25-2,5 мкм.

На основе создаваемой новой шкалы термодинамической температуры на базе фундаментальных физических констант создан усовершенствованный метод предполетной калибровки АНЗ по СПЭЯ, базирующийся на измерениях температуры МЧТ на высокотемпературных реперных точках плавления металлоуглеродных соединений – эвтектик Co-C (1324 ºС), Pt-C (1738 ºС), Re-C (2475 ºС). Являющийся развитием абсолютного радиометрического «метода освещенности», усовершенствованный метод реализован на входящей в состав УНУ ВНИИОФИ измерительной системе с использованием фильтрового радиометра с известной спектральной чувствительностью, обеспечивающей метрологическую «прослеживаемость» к АКР.

Проведены прикладные научные исследования в целях создания прецизионных оптических излучателей – МЧТ нового поколения с температурами от 300 К до 3000 К на основе реперных точек плавления галлия Ga (29,7646 °C) и металлоуглеродных эвтектик кобальта Co-C (1324 ºС) и рения Re-C (2475 ºС). Работы проводились, в том числе, в рамках международного проекта Консультативного комитета по термометрии (ККТ) Международного комитета мер и весов (МКМВ).

ФГУП ВНИИОФИ принял участие в международном проекте GEOSS (Global Earth Observation System of Systems) по координации космических систем мониторинга Земли. От России в состав группы экспертов по разработке очередного 10-летнего Плана создания GEOSS на 2016-2025 г.г. вошел представитель Росстандарта (ФГУП ВНИИОФИ) проф., д.т.н. В.И. Саприцкий.

Состав выполненных работ удовлетворяет условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств. Результаты выполненных работ соответствует требованиям Технического задания и нормативной документации. Содержание отчётной документации соответствует условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств.

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 22 августа 2014 г. № 14.592.21.0001 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 в период с 1 января 2015 г. по 30 июня 2015 г. выполнялись следующие работы:

• Изготовление и исследование характеристик параметрического ряда прецизионных оптических излучателей нового поколения на основе моделей черных тел (МЧТ) с фиксированными температурами на фазовых переходах плавления металло-углеродных соединений и чистых металлов в диапазоне от 300К до 3000 К. Разработка, изготовление и исследование характеристик дифференциальной МЧТ, а также образцов интегральных радиометров и дозиметров для контроля характеристик рентгеновского, УФ, видимого и ИК излучения
• Разработка и исследование методов калибровки и контроля интегральных радиометров и дозиметров рентгеновского, УФ, видимого и ИК излучения с использованием синхротронного излучения и метрологических характеристик рабочих эталонов совместно с НИЦ «Курчатовский институт»
• Проведение спектрофотометрических исследований оптических характеристик материалов и покрытий (коэффициентов зеркального и диффузного отражения в широком спектральном диапазоне 0,3-14 мкм)
• Исследование установки для измерения абсолютной спектральной чувствительности ИК приемников излучения в диапазоне длин волн 0,4 - 14 мкм на основе прецизионного абсолютного криогенного радиометра
• Экспериментальные исследования для обеспечения прослеживаемости результатов измерений к государственным первичным эталонам и проведение калибровок средств измерений
• Закупка оборудования и материалов для проведения экспериментальных работ
• Проведение исследований и оказание метрологических услуг сторонним организациям
• Проведение работ по дооснащению УНУ в соответствии с п.3.1 утвержденной Программы развития УНУ по этапу 2
• Разработка и аттестация новых методик измерений в соответствии с п.3.3 утвержденной Программы развития УНУ по этапу 2
• Проведение работ по поверке и калибровке измерительного оборудования в соответствии с п.3.4 утвержденной Программы развития УНУ по этапу 2
• Проведение мероприятий по повышению доступности УНУ для внешних и внутренних пользователей в соответствии с п.3.5 утвержденной Программы развития УНУ по этапу 2
• Проведение работ по развитию внутренней и международной кооперации УНУ в соответствии с п.3.7 утвержденной Программы развития УНУ по этапу 2
• Проведение работ по развитию кадрового потенциала УНУ в соответствии с п.3.8 утвержденной Программы развития УНУ по этапу 2

Основные результаты работ этапа №2

На втором этапе для достижения конечной цели работы проведены разработка, изготовление и исследование характеристик образцов интегральных радиометров и дозиметров для контроля характеристик рентгеновского, УФ, видимого и ИК излучения.

Была осуществлена разработка рабочих эталонов для измерений диапазона линейности разрабатываемых радиометров, спектрорадиометров и дозиметров рентгеновского, УФ, видимого и ИК излучения с использованием электронных накопительных колец, а также разработка аппаратуры для контроля спектральной коррекции чувствительности средств измерений в заданном диапазоне и разработку рабочих эталонов для контроля угловой зависимости чувствительности радиометров. Особую практическую значимость имеет реализация разработанных радиометрических принципов измерений эффективных характеристик тонкопленочных наноструктурированных покрытий в инфракрасной области спектра.

Разработаны и исследованы методы калибровки и контроля интегральных радиометров и дозиметров рентгеновского, УФ, видимого и ИК излучения с использованием синхротронного излучения и метрологических характеристик рабочих эталонов совместно с НИЦ «Курчатовский институт».

Проведение ВНИИОФИ совместных метрологических работ с НИЦ «Курчатовский институт» на электронных накопительных кольцах Сибирь-1 и Сибирь-2, а также совместные метрологические работы с РТВ (Германия) на электронных накопительных кольцах MLS и BESSY II в Берлине позволили разработать и исследовать методы калибровки и контроля интегральных радиометров и дозиметров рентгеновского, УФ, видимого и ИК излучения с использованием синхротронного излучения и провести исследования метрологических характеристик рабочих эталонов и рабочих средств измерений.

Для обеспечения прослеживаемости результатов измерений, проводимых на уникальной научной установке ВНИИОФИ, к Государственным первичным эталонам ГЭТ 84-2012 и ГЭТ 162-2012, проведены экспериментальные исследования характеристик средств измерений и их калибровка в ранге рабочих эталонов.

С целью расширения спектра оказываемых метрологических услуг сторонним организациям проведены калибровки и поверки эталонных и рабочих средств измерений.

В части работ по моделям черных тел (МЧТ) разработаны конструкции, изготовлен и исследован параметрический ряд прецизионных оптических излучателей нового поколения на основе МЧТ с фиксированными температурами на фазовых переходах плавления металло-углеродных эвтектических соединений рения Re-C (температура плавления 2474 °С), кобальта Co-C (1324 °С) и чистых металлов (галлий Ga, 29,7 °С) в диапазоне от 300 К до 3000 К.

Разработана конструкция и изготовлена МЧТ на реперной точке Ga, исходя из требования, что излучатель должен работать как на воздухе, в лабораторных условиях, так и в вакууме, в составе метрологического комплекса для калибровки оптико-электронной аппаратуры в условиях вакуума и низкого фонового излучения.

Выполнено исследование созданной во ВНИИОФИ установки для измерения абсолютной спектральной чувствительности ИК приемников излучения в диапазоне длин волн 0,4…14 мкм на основе прецизионного абсолютного криогенного радиометра.

На оборудовании УНУ, входящем в состав «Метрологического комплекса для УФ-видимого-ИК диапазонов на основе оптических излучателей – МЧТ», были выполнены исследования и оказаны метрологические услуги 8 сторонним организациям, из них 3 – зарубежным, по поверке и калибровке измерительного оборудования в соответствии с п.3.4 утвержденной программы развития УНУ по этапу 2.

Также в ходе работы разработаны и аттестованы три методики измерений и одна методика калибровки:

• методика измерения коэффициента абсолютной чувствительности к яркости панхроматической оптико-электронной аппаратуры дистанционного зондирования Земли
• методика измерений пространственного распределения спектральной чувствительности
• методика измерений энергетической яркости и силы излучения в диапазоне длин волн 10-400 нм
• методика калибровки средств измерений экспозиционной дозы и энергетической освещенности в диапазоне длин волн 10-120 нм

Работы в рамках данного направления проводятся в России впервые, в результате работ ожидается получение новых научных решений.

Состав выполненных работ удовлетворяет условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств. Результаты выполненных работ соответствует требованиям Технического задания и нормативной документации. Содержание отчётной документации соответствует условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств.

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 22 августа 2014 г. № 14.592.21.0001 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 3 в период с 1 июля 2015 г. по 31 декабря 2015 г. выполнялись следующие работы:

• Разработка метода коррекции угловой зависимости чувствительности интегральных радиометров и дозиметров с использованием синхротронного излучения совместно с НИЦ «Курчатовский институт»
• Разработка программно-математической модели измерительной технологии для контроля и коррекции угловой зависимости чувствительности интегральных радиометров и дозиметров, совместно с НИЦ «Курчатовский институт»
• Проведение совершенствования радиометрических методов измерений термодинамической температуры высокотемпературных МЧТ для радиометрических калибровок АНЗ на основе фильтровых радиометров и проведена калибровка ИК-приемников излучения, включая фильтровые радиометры по абсолютной спектральной чувствительности
• Выполнение модернизации узлов установки для предполетной калибровки аппаратуры наблюдения Земли по спектральной чувствительности к спектральной плотности энергетической яркости за счет новой системы питания источников интегрирующей сферы, системы спектрокомпаратора и широкоапертурного монохроматического источника
• Разработка комплекта методик измерений и калибровки интегральных радиометров и дозиметров рентгеновского, УФ, видимого и ИК излучения с использованием синхротронного излучения
• Закупка оборудования и материалов для проведения экспериментальных работ
• Проведение исследования метрологических характеристик и оценка погрешностей модернизированной УНУ
• Участие в международных сличениях в рамках Консультативного комитета фотометрии и радиометрии (CCPR) Международного комитета Мер и Весов (МКМВ), метрологических организаций COOMET, EUROMET, APMP, и в двустороннем Международном научно-исследовательском проекте JRP-INK (Implementing the New Kelvin) по переопределению шкалы радиационной температуры на основе методов абсолютной радиометрии с использованием высокотемпературных реперных точек. Участие ФГУП ВНИИОФИ совместно с Роскосмосом в международном проекте GEOSS (Global Earth Observation System of Systems) по координации космических систем мониторинга Земли;
• Проведение исследований и оказание услуг сторонним организациям
• Обобщение результатов исследований и разработка практических рекомендаций по использованию результатов ПНИ
• Разработка и аттестация новых методик измерений в соответствии с п.3.3 утвержденной Программы развития УНУ по этапу 3
• Проведение работ по поверке и калибровке измерительного оборудования в соответствии с п.3.4 утвержденной Программы развития УНУ по этапу 3
• Проведение мероприятий по повышению доступности УНУ для внешних и внутренних пользователей в соответствии с п.3.5 утвержденной Программы развития УНУ по этапу 3
• Проведение работ по развитию кадрового потенциала УНУ в соответствии с п.3.8 утвержденной Программы развития УНУ по этапу 3

Основные результаты работ этапа №3

В ходе работы на третьем этапе разработаны три методики измерений, в том числе:

• методика измерения относительной спектральной чувствительности панхроматической оптико-электронной аппаратуры дистанционного зондирования Земли
• методика измерения абсолютного значения спектрального коэффициента диффузного отражения в диапазоне от 400 нм до 800 нм
• методика измерения абсолютной спектральной чувствительности трап детектора в спектральном диапазоне от 400 до 1100 нм

В целях коммерциализации (практического использования) результатов интеллектуальной (научно-технической) деятельности, полученных в рамках проекта, ФГУП «ВНИИОФИ» осуществляет:

• Использование высокоточных методов калибровки, разработанных с использованием уникальной установки с учетом передового опыта ведущих метрологических институтов США и Германии
• Обеспечение прослеживаемости результатов измерений в спектрорадиометрии к Государственным первичным эталонам, основанным на использовании синхротронного излучения ГЭТ 84-2012 и ГЭТ 162-2012
• Гармонизацию методов калибровки средств измерений, актуальную в связи с вступлением России в ВТО, что обеспечивает международное признание достоверности результатов измерений, выполняемых в России национальными метрологическими институтами и территориальными органами Росстандарта в соответствии с таблицами калибровочных возможностей СМС Международного комитета мер и весов
• Использование разработанных методов при проведении международных сличений первичных эталонов
• Использование разработанных методов, полученных новых результатов и метрологического комплекса на основе источников синхротронного излучения для предоставления научно-исследовательским организациям-пользователям УНУ новых эффективных методов и прецизионных средств проведения исследований; для получения значимых научных результатов , позволяющих переходить к созданию новых видов научно-технической продукции в том числе вторичных рабочих эталонов, рабочих средств измерений, многослойных наноструктур фильтров радиометров, аппаратуры контроля спектральной коррекции чувствительности средств измерений; контроля угловой зависимости чувствительности радиометров; определения энергии и числа электронов с использованием относительных спектральных измерений потока синхротронного излучения, а также вывода на рынок новой научно-технической продукции и технологий

Состав выполненных работ удовлетворяет условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств. Результаты выполненных работ соответствует требованиям Технического задания и нормативной документации. Содержание отчётной документации соответствует условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств. 

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 25 августа 2014 г. № 14.625.21.0004 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 4 в период с 1 января 2016 г. по 30 июня 2016 г. выполнялись следующие работы:

• Разработка метода нанесения наночастиц на экспериментальный образец оптического дискового микрорезонатора;
• Проведение исследования изменения частотных характеристик экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов при взаимодействии с наночастицами разных размеров;
• Проведение исследования частотных характеристик экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов, изготовленных методом термообработки, при их взаимодействии с различными концентрациями наночастиц в газовой смеси;
• Проведение исследования частотных характеристик экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов, изготовленных методом механической обработки, при их взаимодействии с различными концентрациями наночастиц в жидкостях;
• Проведение исследования частотных характеристик экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов, изготовленных литографическим методом, при их взаимодействии с различными концентрациями наночастиц в жидкостях;
• Проведение исследования методов нанесения на поверхность экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов селектирующих покрытий, позволяющих осаждать на поверхности микрорезонатора заранее определенные наночастицы вещества;
• Разработка методики определения размера частиц диоксида титана с помощью экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов в воздушной среде;
• Разработка методики определения размера наночастиц серебра с помощью экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов в водной среде;
• Разработка методика измерений концентрации наночастиц в жидких и газообразных средах с помощью экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов;
• Проведение экспериментальных исследований по разработанным: методике определения размера частиц диоксида титана с помощью экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов в воздушной среде, методике определения размера частиц наносеребра с помощью экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов в водной среде и методике измерений концентраций наночастиц в жидких и газообразных средах с помощью экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов;
• Проведение исследования и разработка методов калибровки микрорезонаторов при работе с различными наночастицами, включая метод калибровки экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезоиаторов для работы по определению концентрации наночастиц серебра в жидкости и метод калибровки экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов для работы по определению концентрации оксида титана в воздухе;
• Проведение дополнительного патентного поиска;
• Проведение регламентных работ и технического обслуживания оборудования чистых комнат и измерительного оборудования, замена выработавших свой ресурс комплектующих и расходных материалов.

Основные результаты работ этапа №4

В результате выполнения работ на этапе были проведены исследования частотных характеристик оптических дисковых микрорезонаторов при их взаимодействии с наночастицами в жидких и газообразных смесях, проведены измерения с использованием образцов наночастиц диоксида титана с размерами от 20 нм до 80 нм в аэрозолях с концентрациями от 1 мг/м³ до 8 мг/м³ и образцов наночастиц серебра с размерами от 10 нм до 10⁹ нм в воде с концентрациями от 0,005 ppm до 5 ppm. На основе этих исследований разработаны методики определения размера и измерения концентрации наночастиц в жидких и газообразных средах.

По разработанным методикам проведен цикл измерений, продемонстрировавший возможность датчиков на основе микрорезонаторов измерять концентрацию 0,005 ppm и более.

Состав выполненных работ удовлетворяет условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств. Результаты выполненных работ соответствует требованиям Технического задания и нормативной документации. Содержание отчётной документации соответствует условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств.