Радиоастрон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Спектр-Р
Радиоастрон
RIAN archive 930415 Russian Spektr R space-born radio telescope.jpg
«Спектр-Р» в монтажно-испытательном корпусе космодрома «Байконур»
Заказчик

Астрокосмический центр ФИАН

Производитель

Россия НПО имени Лавочкина

Оператор

Россия НПО имени Лавочкина

Задачи

исследование астрономических объектов с разрешением до 1 мкс дуги

Спутник

Земли

Выход на орбиту

18 июля 2011 года, 06:06 UTC

Запуск

18 июля 2011 года, 02:31 UTC

Ракета-носитель

«Зенит-3SLБФ»

Стартовая площадка

Казахстан Байконур, площадка 45/1

NSSDC ID

2011-037A

SCN

37755

Технические характеристики
Платформа

«Навигатор»

Масса

3295 кг

Диаметр

10 м

Мощность

2400 Вт

Источники питания

солнечные батареи

Ориентация

трёхосная

Движитель

КУДМ

Срок активного существования

10 лет[1]

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
Commons-logo.svg Спектр-Р на Викискладе

Радиоастрон (англ. RadioAstron) — международный[2] 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.[3] Позволяет получить самое высокое угловое разрешение за всю историю астрономии.[4]

История[править | править вики-текст]

Проект был начат в 1979—1980 годы при одобрении Леонида Ильича Брежнева, он пережил эпоху застоя и 90-х годов. Во второй половине 2000-х проект был значительно переработан примерно в течении 5 лет.[4]

Описание[править | править вики-текст]

Основу проекта составляет наземно-космический радиоинтерферометр со сверхдлинной базой, состоящий из сети наземных радиотелескопов и космического радиотелескопа (КРТ)[2][3], установленного на российском космическом аппарате «Спектр-Р». Создатель аппарата «Спектр-Р» — НПО имени Лавочкина[5], главный конструктор — Владимир Бобышкин[6].

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 размером антенн (метод РСДБ). КРТ обращается по эллиптической орбите с высотой апогея около 340 тыс. км[7], 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»:[8]

Диапазон (λ, см) 92 18 6,2 1,2—1,7
Диапазон (ν, ГГц) 0,327 1,665 4,83 18—25
Ширина диапазона (Δν, МГц) 4 32 32 32
Ширина интерференционного лепестка (мкс дуги) при базе 350 000 км 540 106 37 7,1—10
Чувствительность по потоку (σ, мЯн), на Земле антенна EVLA, накопление 300 с 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 мкс и больше друг от друга, а на волне 6,2 см — ещё более близкие (37 мкс и больше)[9].

Для работы интерферометра требуется знание положения космического аппарата с высокой точностью, согласно техническому заданию они составляют: несколько сот метров по расстоянию, скорость — не хуже 2 см/с, ускорение — 10−7 м/с2. Для обеспечения этих требований используются:

  • радиометрические измерения скорости и расстояния с помощью 64-х метрового управляющего телескопа в Медвежьих озёрах, 72-х метрового зеркала в Уссурийске;
  • доплеровские методы измерения скорости с помощью станций в Пущино и США;
  • лазерная дальнометрия;
  • оптические методы определения положения по фоновым звёздам;
  • интерометрические методы.[4]

Цель[править | править вики-текст]

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:

Космический радиотелескоп[править | править вики-текст]

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»[10]. Он является крупнейшим в мире космическим телескопом, что было отмечено в книге рекордов Гиннеса[11].

В проекте «Радиоастрон» применение радиотелескопа на высокоэллиптической орбите позволяет получить интерферометр с базой значительно превышающей диаметр Земли. Интерферометр с такой базой позволяет получить информацию о структуре галактических и внегалактических радиоисточников на угловых масштабах порядка 30 микросекунд и даже до 8 микросекунд дуги для самой короткой длины волны проекта 1,35 см при наблюдениях на максимальной базе.

Оборудование[править | править вики-текст]

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.[12]

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[6].

Антенна[править | править вики-текст]

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[6]. Выполнена из углепластика[13].

Эксперимент «Плазма-Ф»[править | править вики-текст]

Помимо аппаратуры для основной миссии, на борту спутника находятся приборы для научного эксперимента «Плазма-Ф»[14]. 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 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 временно́е разрешение 1,5 секунды.[6]

К 5 августа 2011 года был включен весь комплекс «Плазма-Ф»[15] и получены первые измерения[16].

Запуск[править | править вики-текст]

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»[17].

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

Утром 22 июля была выдана команда на раскрытие антенны, примерно через 10 минут был получен сигнал о том, что двигатель отвечающий за раскрытие прекратил движение, однако сигнала подтверждающего раскрытие не поступило. Было принято решение в ночь с 22 на 23 июля развернуть спутник таким образом, чтобы солнце равномерно прогрело конструкцию привода антенны. Утром была выдана повторная команда на раскрытие телескопа, а затем и на фиксацию лепестков. После этого были получены сигналы подтверждающие успешную фиксацию каждого из 27 лепестков антенны.[4]

Под действием лунной гравитации плоскость орбиты непрерывно поворачивается, что позволяет обсерватории сканировать пространство по всем направлениям[19][4]. За планируемое время работы (5 лет) притяжение Луны поднимет апогей радиотелескопа до высоты 390 000 км[21].

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[22]. Согласно баллистическим расчётам, КРТ будет летать 9 лет, после чего войдет в плотные слои атмосферы и сгорит[23].

В марте 2012 года была проведена коррекция орбиты, которая обеспечила гравитационно-стабильный режим на ближайшие 10 лет.[4]

На момент своего выхода на орбиту космический радиотелескоп, установленный на борту российского космического аппарата «Спектр-Р», — наиболее удалённый от Земли радиотелескоп[21].

Начало работы[править | править вики-текст]

После раскрытия зеркала приёмной антенны КРТ потребовалось около трёх месяцев перед началом наблюдений для синхронизации с земными радиотелескопами[24].

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)[21].

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[25].

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 крымском РТ-70 «Евпатория». Целью наблюдения были пульсар PSR B0531+21 в Крабовидной туманности, квазары 0016+731 и 0212+735 (для изучения квазара 0212+735 дополнительно был задействован немецкий 100-метровый радиотелескоп в Эффельсберге[26]), а также источники мазерного излучения W3(OH)[27].

Проведение измерений[править | править вики-текст]

Так как общие расходы на программу Радиоастрон очень велики, то составления научной программы был образован международный комитет. Заявка на наблюдательное время может быть подана любым учёным. Комитет выбирает заявки с наиболее сильным научным уровнем, предлагающие наиболее интересные научные идеи.[4]

В месяц проводится около 100 научных экспериментов.[4]

Научные результаты[править | править вики-текст]

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.[28]

На 9 октября 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.[29]

Один из основных изучаемых типов объектов — это квазары. С помощью проекта Радиоастрон удалось измерить ширину начала релятивистской струи. Оно оказалось равной ~1 световому году, эта информация активно используется для проработки моделей формирования подобных струй.[4]

Другим результатом стало измерение яркости релятивистских струй квазаров. Наземные радиотелескопы ограничены некоторой величиной яркости и не позволяют определить равна ли реальная яркость ей или больше. Данные полученные по более, чем 60 квазарам позволили установить, что яркость этих струй значительно превышает предыдущие представления. Это требует серьёзной перестройки существующих моделей устройства квазаров. Ранее считалось, что в струях излучают в основном релятивистские электроны. Эта модель не позволяет получить наблюдаемой яркости. Одной из новых моделей может стать модель струи состоящая из разогнанных до релятивистских скоростей протонов, но тогда встаёт вопрос о механизме ускорения протонов до столь высоких энергий. Возможно эта проблема имеет отношение к проблеме источника высокоэнергетичных космических лучей.[4]

Наблюдение пульсаров вместо ожидаемой достаточно гладкой картины дало ряд мелких пиков. Это требует переработки теории межзвёздной среды. Одним из объяснений могут стать компактные зоны турбулентности, приводящих к искажению проходящего сквозь них электромагнитного излучения.[4]

Связь[править | править вики-текст]

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 посёлке 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). Данные передаются в реальном времени.[4] 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.[30][31] Начиная с августа 2013 года введена в эксплуатацию станция в Грин-Бэнке (США, штат Вирджиния).[4]

Аналогичные проекты[править | править вики-текст]

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 успешно проработал до 2005 года.

Китай имеет планы по запуску двух космических аппаратов аналогичных Спектр-Р, при этом активно используются наработки российского проекта.[4]

См. также[править | править вики-текст]

Images.png Внешние изображения
Image-silk.png Модель КА «Спектр-Р»
Image-silk.png Фото «Спектр-Р» в НПО им. Лавочкина

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Научно-координационный совет «РадиоАстрон», Роскосмос (20 июня 2012). Проверено 20 июня 2012.
  2. 1 2 Международный проект «Радиоастрон». Роскосмос. Проверено 26 июля 2013. Архивировано из первоисточника 30 апреля 2013.
  3. 1 2 РадиоАстрон. Официальный сайт проекта. АКЦ ФИАН. Проверено 30 октября 2012. Архивировано из первоисточника 22 марта 2012.
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Ковалёв, Юрий Юрьевич. РадиоАстрон и сюрпризы Вселенной. «Трибуна учёного». Московский Планетарий (26 февраля 2014). Проверено 26 января 2015.
  5. «Спектр-Р» на сайте НПО им. Лавочкина
  6. 1 2 3 4 Российский «Хаббл». Архивировано из первоисточника 22 марта 2012.
  7. 1 2 Российская обсерватория для изучения Вселенной выведена на орбиту
  8. Проект «Радиоастрон» и космическая радиоастрономия. Архивировано из первоисточника 22 марта 2012.
  9. Прохоров М., Рудницкий Г. Самый зоркий телескоп // Вокруг света. — 2006. — № 12.
  10. Международный проект «Радиоастрон»
  11. Российский космический телескоп «Радиоастрон» вошел в книгу Гиннесса
  12. http://www.laspace.ru/rus/spektrR.php Состав КА
  13. Армс-Тасс
  14. Офф. сайт эксперимента «Плазма-Ф»
  15. Состоялось включение прибора БМСВ
  16. О работе комплекса приборов «Плазма-Ф»
  17. Пресс-служба Роскосмоса / Запуск российского научного космического аппарата «Спектр-Р» успешно осуществлён с Байконура.
  18. Страница аппарата «Спектр-Р» на сайте НПО имени С. А. Лавочкина
  19. 1 2 Астрофизическая обсерватория успешно выведена на орбиту
  20. Космический аппарат «Спектр-Р» доставлен на космодром Байконур
  21. 1 2 3 Space telescope to create radio 'eye' larger than Earth (англ.)
  22. КА «Спектр-Р»: четыре дня на орбите
  23. «На российской орбитальной обсерватории раскрылось зеркало радиотелескопа» — статья на сайте www.vz.ru
  24. На космодроме Байконур подведены итоги запуска российского научного космического аппарата «Спектр-Р» — ФКА
  25. Информационное сообщение № 8 Астрокосмического центра ФИАН от 3 ноября 2011 года
  26. «The birth of a telescope 30 times larger than Earth» Max Planck Institute for Radio Astronomy — December 08, 2011 Press Release
  27. «Спектр-Р» провел первые наблюдения в режиме интерферометра — сообщение «Риа-новости»
  28. http://www.asc.rssi.ru/radioastron/archives/2012/RA_first_year.pdf
  29. Отчёт за 9 октября 2012 года.
  30. «Все, что нужно было раскрыть, мы раскрыли» — Статья на сайте www.gazeta.ru
  31. Станции США и ЮАР будут принимать информацию с российского «Спектра-Р» (рус.). РИА Новости (18 июля 2012). Проверено 14 сентября 2012. Архивировано из первоисточника 19 октября 2012.

Ссылки[править | править вики-текст]