Радиоастрон

Спектр-Р
Радиоастрон
«Спектр-Р» в монтажно-испытательном корпусе космодрома «Байконур»
Заказчик	Астрокосмический центр ФИАН
Производитель	НПО имени Лавочкина
Оператор	НПО имени Лавочкина
Задачи	исследование астрономических объектов с разрешением до 10-6 ″
Спутник	Земли
Выход на орбиту	18 июля 2011, 06:06 UTC
Запуск	18 июля 2011, 02:31 UTC
Ракета-носитель	Зенит-3SLБФ
Стартовая площадка	Байконур, площадка 45/1
NSSDC ID	2011-037A
SCN	37755
Технические характеристики
Платформа	«Навигатор»
Масса	3 295 кг
Диаметр	10 м
Мощность	2400 Вт
Источники питания	солнечные батареи
Ориентация	трёхосная
Движитель	КУДМ
Срок активного существования	10 лет
Элементы орбиты
Тип орбиты	Высокая эллиптическая геоцентрическая орбита
Большая полуось	189 000 км
Наклонение	51.3° (начальное)
Период обращения	8 суток 7 часов
Целевая аппаратура
Сайт проекта
Спектр-Р на Викискладе

Радиоастрон (англ. RadioAstron) — международный космический проект с ведущим российским участием по проведению фундаментальных астрофизических исследований в радиодиапазоне электромагнитного спектра с помощью космического радиотелескопа (КРТ), смонтированного на российском космическом аппарате (КА) «Спектр-Р», в составе наземных сетей РСДБ. Координатор проекта — Астрокосмический центр ФИАН (Москва).

Описание

Основу проекта составляет наземно-космический интерферометр, состоящий из сети наземных радиотелескопов и космического радиотелескопа (КРТ), установленного на российском космическом аппарате «Спектр-Р».

Создатель космического аппарата «Спектр-Р» — НПО имени Лавочкина. Главный конструктор — Владимир Бобышкин.

Суть эксперимента заключается в одновременном наблюдении одного радиоисточника космическим и наземными радиотелескопами. Получаемые на телескопах записи снабжаются метками времени от высокоточных атомных часов, что, вместе с точным знанием положения телескопов, позволяет синхронизировать записи и получить интерференцию сигналов, записанных на разных телескопах. Благодаря этому, работающие независимо телескопы составляют единый интерферометр, угловое разрешение которого определяется расстоянием между телескопами, а не их размером (метод РСДБ). КРТ обращается по эллиптической орбите с высотой апогея около 340 тыс. км, сравнимой с расстоянием до Луны, и использует лунную гравитацию для поворота плоскости своей орбиты. Высокое разрешение при наблюдении радиоисточников обеспечивается за счёт большого плеча интерферометра, равного высоте апогея орбиты.

Основные параметры наземно-космического интерферометра проекта «Радиоастрон»:

Диапазон (λ, см)	92	18	6,2	1,2-1,7
Диапазон (v, ГГц)	0,327	1,665	4,83	18-25
Ширина диапазона (Δv, МГц)	4	32	32	32
Ширина интерференционного лепестка (мксек дуги) при базе 350 000 км	540	106	37	7,1-10
Чувствительность по потоку (σ, мЯн), на земле антенна EVLA, 300 с. накопление	10	1,3	1,4	3,2

Шириной интерференционного лепестка определяется угловое разрешение радиоинтерферометра, то есть, например, на волне 92 см «Радиоастрон» сможет различать два источника радиоизлучения, расположенные на угловом расстоянии порядка 540 мксек и больше друг от друга, а на волне 6,2 см — ещё более близкие (37 мксек и больше).

Цель

Главная научная цель миссии — исследование астрономических объектов различных типов с беспрецедентным разрешением до миллионных долей угловой секунды. Разрешение, достигнутое с помощью проекта «Радиоастрон», позволит изучать:

• релятивистские струи, а также непосредственные окрестности сверхмассивных чёрных дыр в активных галактиках,
• строение и динамику областей звездообразования в нашей Галактике по мазерному и мегамазерному излучению;
• нейтронные звёзды и чёрные дыры в нашей Галактике — структуру по измерениям флуктуации функции видности, собственные движения и параллаксы;
• структуру и распределение межзвёздной и межпланетной плазмы по флуктуациям функции видности пульсаров;
• построение высокоточной астрономической координатной системы;
• построение высокоточной модели гравитационного поля Земли.

Космический радиотелескоп

Космический радиотелескоп с приёмной параболической антенной диаметром 10 метров выведен на высокоапогейную орбиту спутника Земли высотой до 350 тыс. км в составе КА «Спектр-Р». Он является крупнейшим в мире космическим телескопом.

В проекте «Радиоастрон» применение радиотелескопа на высокоэллиптической орбите позволяет получить интерферометр у которого время наблюдения соизмеримо с периодом обращения, а длина базы интерферометра — с диаметром орбиты. Интерферометр при таких базах обеспечит информацию о морфологических характеристиках и координатах галактических и внегалактических радиоисточников с шириной интерференционных лепестков до 33 микросекунд и даже до 8 микросекунд дуги для самой короткой длины волны проекта 1,35 см.

Оборудование

Полная масса полезного научного груза — приблизительно 2600 кг. Она включает массу 1500 кг раскрывающейся параболической антенны диаметром 10 м и массу электронного комплекса, содержащего приёмники, малошумящие усилители, синтезаторы частот, блоки управления, преобразователи сигналов, стандарты частоты, высокоинформативную систему передачи научных данных — около 900 кг. Масса всего спутника, выводимого на орбиту с помощью ракеты-носителя «Зенит-2SБ»—"Фрегат-2СБ", — около 3850 кг.

Полная мощность питания системы составляет 2600 Вт, из которых 1150 Вт используется для научных приборов. Во время нахождения в тени аккумуляторный блок аппарата позволяет работать около двух часов без питания от солнечных батарей.

Антенна

Антенна космического радиотелескопа состоит из 27 лепестков. При выведении на целевую орбиту антенна находилась в сложенном (аналогично зонту) состоянии. После достижения целевой орбиты выполнено механическое раскрытие антенны радиотелескопа. Выполнена из углепластика.

Эксперимент «Плазма-Ф»

Помимо аппаратуры для основной миссии, на борту спутника находятся приборы для научного эксперимента «Плазма-Ф». Прибор весит около 20 килограммов. Задачи «Плазмы-Ф» — мониторинг межпланетной среды в целях составления прогнозов «космической погоды», исследование турбулентности солнечного ветра и магнитного поля в диапазоне 0,1-30 Гц и исследование процессов ускорения космических частиц. Спутник несколько дней находится вне магнитосферы Земли, что позволяет наблюдать межпланетную среду, а потом очень быстро проходит все слои магнитосферы, благодаря чему можно будет следить за её изменением. Прибор может измерять поток солнечного ветра с временны́м разрешением в 30 миллисекунд. Это сравнимо с показателями таких спутников, как «ACE» (Advanced Composition Explorer) и «Wind». Измерения скорости, температуры и концентрации солнечного ветра имеют временное разрешение 1,5 секунды.

К 5 августа 2011 года был включен весь комплекс Плазма-Ф и получены первые измерения.

Запуск

Запуск КРТ произведён 18 июля 2011 года в 6:31 по московскому времени с 45-й площадки космодрома Байконур ракетой-носителем «Зенит-2SLБ80» с разгонным блоком «Фрегат-СБ».

18 июля 2011 года в 10:06 по московскому времени КА «Спектр-Р» достиг целевой орбиты с параметрами:

• перигей — 600 км;
• апогей — около 340 тыс. км;
• период обращения — 8 суток 7 часов;
• начальное наклонение — 51,3°.

Под действием лунной гравитации плоскость орбиты непрерывно поворачивается, что позволяет обсерватории сканировать пространство по всем направлениям. За планируемое время работы (5 лет) притяжение Луны поднимет апогей радиотелескопа до высоты 390 000 км.

При движении по орбите космический аппарат проходит через радиационные пояса Земли, что увеличивает радиационную нагрузку на его приборы. Срок службы космического аппарата — около 5 лет. Согласно баллистическим расчётам, КРТ будет летать 9 лет, после чего войдет в плотные слои атмосферы и сгорит.

На момент своего выхода на орбиту космический радиотелескоп, установленный на борту российского космического аппарата «Спектр-Р», — наиболее удалённый от Земли радиотелескоп.

Начало работы

После раскрытия зеркала приёмной антенны КРТ потребовалось около трёх месяцев перед началом наблюдений для синхронизации с земными радиотелескопами.

По окончании проверки всех систем аппарата наступил этап научных исследований. На Земле в качестве синхронных радиотелескопов используются два стометровых радиотелескопа в Грин-Бэнк, Западная Виргиния, США и в Эффельсберге, Германия а также знаменитая радиообсерватория Аресибо, Пуэрто-Рико.

Наземно-космический интерферометр с такой базой обеспечивает информацию о морфологических характеристиках и координатах галактических и внегалактических радиоисточников с шириной интерференционных лепестков до 8 микросекунд дуги для самой короткой длины волны проекта 1,35 см.

27 сентября 2011 года «Спектр-Р» впервые провёл тестовые наблюдения космического объекта — остатка сверхновой Кассиопея A. Успешно проведены наблюдения методом сканирования по двум ортогональным направлениям в диапазонах 92 и 18 см в двух круговых поляризациях.

29 и 30 октября 2011 года радиотелескопом проведены наблюдения мазера W3(OH) в созвездии Кассиопеи.

14-15 ноября 2011 года успешно проведены одновременные наблюдения в интерферометрическом режиме на КРТ «Спектр-Р», трёх российских радиотелескопах, образующих радиоинтерферометрическую сеть «Квазар» (РТ-32 «Светлое», РТ-32 «Зеленчукская», РТ-32 «Бадары») и украинском РТ-70 «Евпатория». Целью наблюдения были пульсар В0531+21 в Крабовидной туманности, квазары 0016+731 и 0212+735 (для изучения квазара 0212+735 дополнительно был задействован немецкий 100-метровый радиотелескоп в Эффельсберге), а также источники мазерного излучения W3(OH).

Научные результаты

За первый год работы (на 18 июля 2012) на наземно-космическом интерферометре проекта «Радиоастрон», состоящем из КРТ и наземных телескопов, проведены наблюдения 29 активных ядер галактик, 9 пульсаров (нейтронных звёзд), 6 источников мазерных линий в районах образования звёзд и планетных систем.

На 09.10.2012 международной группой исследователей ядер активных галактик получено первое изображение быстропеременной активной галактики 0716+714 на длине волны 6,2 см по результатам наблюдений наземно-космического интерферометра проекта Радиоастрон совместно с Европейской сетью РСДБ.

Связь

В настоящий момент для сеансов двусторонней связи используются крупнейшие в России антенные комплексы П-2500 (диаметр 70 м) в приморском городе Уссурийск и ТНА-1500 (диаметр 64 м) в подмосковном поселке Медвежьи Озера. На малых расстояниях до КРТ (до 100 тыс. км) используется антенна НС-3,7, расположенная в НПО им. С. А. Лавочкина.

Связь с аппаратом «Спектр-Р» возможна в двух режимах. Первый режим — двусторонняя связь, включающая передачу команд на борт и прием с него телеметрической информации.

Второй режим связи — сброс радиоинтерферометрических данных через узконаправленную антенну высокоинформативного радиокомлекса (ВИРК). В настоящий момент для приёма радиоинтерферометрических данных используется станция слежения созданная на базе 22-метрового радиотелескопа РТ-22 в подмосковном Пущино. Поток информации, собираемой телескопом, составляет 144 мегабит в секунду. Для обеспечения возможности проведения интерферометрических наблюдений во время, когда космический аппарат не виден для станции слежения в Пущино, Роскосмос профинансировал создание дополнительных станций слежения за пределами России: в США и ЮАР.

Аналогичные проекты

В 1997 году JAXA (Японское агентство аэрокосмических исследований) запустило радиотелескоп HALCA диаметром 8 метров на орбиту примерно в 10 раз более низкую, чем орбита «Спектр-Р». Аппарат проработал до 2005 года.

См. также

Внешние изображения
	Модель КА «Спектр-Р»
	Фото «Спектр-Р» в НПО им. Лавочкина

• SNAP (спутниковый телескоп)
• HALCA
• «Астрон»
• «Миллиметрон»
• «Спектр-УФ»
• «Спектр-РГ»

Ссылки

• Официальный сайт проекта «Радиоастрон»
• «Радиоастрон» готовится к первым наблюдениям, Астронет — подробная статья о всём проекте
• «Радиоастрон» преодолел трудности, Астронет, 23.09.2011
• У России появился телескоп, «превосходящий „Хаббл“»
• Проект «Радиоастрон» и космическая радиоастрономия
• «Радиоастрон» — радиотелескоп много больше Земли. Научная программа, УФН 179 1191 (2009)
• «Радиоастрон»: взгляд во Вселенную. Телесюжет телестудии Роскосмоса
• «Спектр-Р» — окно во Вселенную
• Видео пуска РН «Зенит-3М» с КА «Спектр-Р»
• «РадиоАстрон» — видео сборки и проверки
• «Радиоастрон» начал работу
• «Радиоастрон»: раскрыть тайны Вселенной — телесюжет телестудии Роскосмоса