Ivolga instrument overview

Lab team
МФТИ:
Родин Александр Вячеславович – руководитель IVOLGA
Зеневич Сергей Геннадьевич – общий облик IVOLGA
Газизов Искандер Шамилевич – электроника и ПО IVOLGA
Спиридонов Максим Владимирович – советник по IVOLGA
ИКИ:
Кораблёв Олег Игоревич – руководитель VIRAL
Трохимовский Александр – технический руководитель VIRAL
ISRO:
-

Shukrayaan mission overview
Shukrayaan – первая миссия Индии на Венеру. Основная задача – построение карты поверхности и изучение атмосферы, ее взаимодействие с солнечным ветром.
Продолжительность – 4 года.
Масса – 2500 кг
Масса ПН – 100 кг
Орбита – Полярная
500х60 000 км –> 200х600 км
(за год)
Время полета – 5 месяцев
ТЗ от ISRO нет

VIRAL instrument overview
Principle of operation
VIRAL diagram

IVOLGA - многоканальный лазерный гетеродинный спектрорадиометр для исследования структуры и динамики верхних слоев атмосферы Венеры в ближнем ИК диапазоне с высоким спектральным разрешением
IVOLGA instrument overview
Спектральное разрешение λ/δλ – 107
Диапазон высот – 75-140 км
Масса – 4 кг
Потребление – 40 Вт
Размеры – 10x10x30 см
Бюджет миссии – 70 млн руб

Heterodyne detection in the NIR
3/11
Laser
Electronics
InGaAs
Fiber coupler
90%
10%
Single-mode
optical fiber
Signal
LO
Intermediate frequency signal
Photodiode output

Bandpass filtering
PD signal
(not in real scale)
Squaring
Averaging
Signal processing

(а) (b)
(а) - sun tracking system with multichannel telescope; (b) – MLHS in a natural form during spectra measurements.
Ground-based prototype

Wind profile retrieved
from the CO2 spectra*
CO2 concentration profile
retrieved from the spectra
Measured CO2 absorption line and its fitting**
Measured CH4 absorption
line and
its fitting**
CH4 concentration profile
retrieved from the spectra
Greenhouse gases retrieval

Spectral range
Simulation of IVOLGA data on Venus

(а) (b)
(а) Measured CO2 line with SNR ⁓ 50 (black curve) with best fit synthetic spectra (red curve);
(b) Measured CH4 line with SNR ⁓ 50 (black curve) with best fit synthetic spectra (red curve).
One second of accumulation

Instrument diagram

IVOLGA electronics diagram
х2

Analog schematic

IC selection
DAC 16 bit par – 1 x AD9747, 23 pin (cmos+lvds)
ADC 16 bit ser – 1 x LTC2323, 5 pin
ADC 16 bit par –1 x AD9269, 27 pin
ADC 8 bit par – 4 x AD9288, 17 pin
FPGA-MCU link – 20 pin?
Disable pins ?
Total FPGA pin count – 140-160

Power consumption
Power:
Analog amplifier circuit (LDO) – 0.4A x 6V = 2.4W
Digital circuit (DC-DC) – 9W?
Laser driver circuit (DC-DC) – (0.4A – 1.4A) x 6V = 2.4-9W
DL only – 0.06A 6V
Analyzer (for now) – 1A 6V
Voltage:
Analog: 5V1, 5V2
Digital: 5V, 3.3V, 2.5V, 1.2V