Год назад был запущен космический радиотелескоп «Радиоастрон»

В последние годы принято считать, что Россия не участвует в изучении космоса. Якобы страна ограничилась коммерческими запусками ракет и не вносит вклад в фундаментальную науку. В это легко поверить, но это не так. В 2011 году Россия запустила самый крупный космический радиотелескоп в мире – «РадиоАстрон». Его снимки в тысячу раз детальнее, чем у ставшего объектом массовой культуры космического телескопа Hubble. Но про Hubble слышал каждый, а про «РадиоАстрон» лишь мировое научное сообщество. Корреспондент m24.ru решил исправить это недоразумение, рассказав, как наш телескоп пытается разгадать тайны Вселенной.

Фото: НПО им. С.А. Лавочкина

Принцип работы

«РадиоАстрон» – это самый крупный телескоп в космосе. Он даже попал в Книгу рекордов Гиннесса. Представьте себе спутниковую тарелку диаметром 10 метров. Она размещена на космическом аппарате «Спектр-Р». Вместе они летают вокруг Земли, то опускаясь до 1000 километров, то удаляясь до Луны.

Космический радиотелескоп наблюдает в диапазоне длин волн от 1 метра до 1 сантиметра в связке с наземными телескопами. Вместе они образуют единый наземно-космический телескоп «РадиоАстрон», так называемый интерферометр, – самый крупный измерительный инструмент в истории человечества. До 40 крупнейших телескопов планеты одновременно со «Спектром-Р» нацелены на объекты Вселенной. Чем дальше он находится от Земли, тем точнее и детальнее наблюдения благодаря принципу интерферометрии. Таким образом, в распоряжении ученых оказался де-факто радиотелескоп размером Земля – Луна.

Интересные сведения

Первое наблюдение джета квазара

Количество лепестков параболической антенны – 27, именно столько поместилось в ракету-носитель. За время же своего существования проект «Радиоасторн» установил несколько рекордов:

  1. стал самым масштабным научным инструментом в истории человечества;
  2. превзошел мировые достижения по угловому разрешению, оно зафиксировано на уровне 14 миллионных доли секунды дуги;
  3. база интерферометра составляет 350 тыс. км;
  4. был занесен в книгу Гиннеса.

Результаты исследований, выполненных с помощью миссии «Спектр-Р», заставили многих ученых переосмыслить свои теории о поведении небесных тел нашей Галактики.

Видео: Заглянуть в черную дыру: Радиоастрон и загадки Вселенной.

Подготовка и запуск

Мнение эксперта

Я был на первом совещании по проекту «РадиоАстрон», на котором мы ознакомились с его конструкцией. Нас собрал генеральный директор, докладывали идею этого телескопа.Тогда я был начальником производства. Раньше была традиция, что все новые проекты обсуждались при большом собрании всех специалистов.

Проблема «Спектра-Р» была в том, что практически не было финансирования. Проект был сделан в значительной степени на энтузиазме. Обычно, чтобы запустить в космос один аппарат, нужно сделать 4-5 его копий – наземных машин. На них проводят тепловые испытания, прочностные испытания, радиотехнические испытания, антенные. Впервые на моей практике мы провели все испытания на одном аппарате. И он все прошел. Но это были перестроечные годы.

Чтобы запустить в космос такой большой телескоп, применили нестандартный подход. 27 лепестков антенны сложили как цветок, а потом раскрыли в космосе и восстановили необходимую поверхность телескопа – это парабаллоид вращения – с точностью до одного миллиметра.

Руслан Камаев

Ведущий специалист НПО им. С.А. Лавочкина, заслуженный машиностроитель России

Телескоп запустили в космос 18 июля 2011 года с космодрома Байконур.

Юрий Ковалев – руководитель научной программы «РадиоАстрон», член-корреспондент РАН, профессор РАН, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией Физического института им. П.Н. Лебедева РАН.

– Юрий, как вы относитесь к попаданию «РадиоАстрона» в Книгу рекордов Гиннесса?

– Конечно несерьезно, я вас умоляю.

«Честно говоря, чтобы знать, что телескоп «крут» – сертификат Гиннесса не нужен. В науке есть вещи посерьезнее».

Но это, конечно же, громадный успех НПО имени Лавочкина, которое реализовало космический телескоп. Они большие молодцы.

Согласно информации от Роскосмоса, на момент запуска в 2011 году программа «РадиоАстрон» стоила около 5 миллиардов рублей.

– Тогда расскажите, что же исследует «РадиоАстрон».

– Черные дыры, далекие активные ядра галактик, пульсары, области звездообразования, межзвездную среду в нашей галактике. Еще есть важное направление – гравитационные измерения. Надо понимать, что мы исследуем астрономические объекты в дальнем космосе. «РадиоАстрон» – не про Солнечную систему. Например, наблюдать им кометы или астероиды – тоже самое, что надеть очки для дальнозоркости и уткнуться вплотную носом в книгу – вы ничего не разглядите.

– Результаты наблюдений «РадиоАстрона» могут поколебать основы теоретической физики?

– Смотря что понимать под основами. Основы школьной физики они не поколеблют. Пока нарушений основных законов природы мы не наблюдаем. Если под основами подразумевать основы физики активных галактик или основы физики межзвездной среды, которые моему поколению преподавали в университете, то несомненно это уже произошло.

Космический радиотелескоп

Космический радиотелескоп с приёмной параболической антенной диаметром 10 метров выведен на высокоапогейную орбиту спутника Земли высотой до 350 тыс. км в составе космического аппарата «Спектр-Р»[11]. Он является крупнейшим в мире космическим телескопом, что было отмечено в книге рекордов Гиннеса[12].

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 длине базы.

Оборудование

Полная масса полезного научного груза — приблизительно 2600 кг. Она включает массу раскрывающейся параболической антенны диаметром 10 м (1500 кг) 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, выведенного на орбиту с помощью ракеты-носителя «Зенит-2SБ» с разгонным блоком «Фрегат-2СБ», — около 3850 кг.[13]

Полная мощность питания системы составляет 2600 , 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[7].

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[7]. Антенна выполнена из углепластика[14].

Научные достижения

– «РадиоАстрон» открыл новый эффект рассеяния радиоволн на межзвездной плазме. Мы его назвали «субструктурой рассеяния». Открытие многообещающее. C помощью этого эффекта мы пробуем получить изображение тени от черной дыры в центре нашей галактики. Сам эффект рассеяния удалось открыть, наблюдая за пульсарами.

Пульсар – это нейтронная звезда, которая образовалась в результате взрыва сверхновой звезды. Так называемая, мертвая звезда, которая очень сильно сжалась, потому что термоядерные реакции там больше не происходят. Пульсар очень маленький – около 20 километров в диаметре. Из-за того, что звезда сжалась, там очень большие магнитные поля и из магнитных полюсов вырываются яркие лучи света.

Пульсары мы наблюдаем в нашей галактике. Для нас они выглядят как рассеянные точки, словно фонарь в тумане. Потому что радиоволны рассеиваются в межзвездной плазме, на межзвездной пыли. Предсказания ученых заключались в том, что на большом наземно-космическом интерферометре пульсары мы не увидим.

Почему? Потому что чем больше интерферометр, тем более тонкие и более компактные детали объектов мы видим. А если у вас размытое изображение по типу пульсара, то для «РадиоАстрона» его как будто бы не существует. Он видит только компактные детали. Реальность оказалась совсем другой. Выяснилось, что существует доля излучения пульсара, которую мы можем увидеть при любом размере нашего интерферометра.

– Что это значит?

Визуализировать это можно, если на размытое, рассеянное изображение пульсара набросать маленькие точечки. Представьте себе тинейджера с прыщами. Предполагалось, что пульсар размыт и там нет никаких точек, а оказалось, что на этом изображении точки есть. Почему это важно и интересно? Поняв, что это такое и построив теорию нового эффекта рассеивания, мы можем восстановить информацию про межзвездную среду:

  • определить, где расположены турбулентные облака межзвездной плазмы, которые рассеивают радиоизлучение;
  • выявить характерные масштабы турбулентности облаков;
  • определить плотность электронов в этих облаках.

Важность открытия «субструктуры рассеяния», которое сделал «РадиоАстрон», связана с тем, что с очень большой вероятностью этот эффект будет присутствовать при наблюдениях любой сверхмассивной черной дыры, точнее ее тени.

Год назад был запущен космический радиотелескоп «Радиоастрон»

Российский космический телескоп «Радиоастрон» успешно запущен с Байконура

Российский телескоп улетел в космос

Российский радиотелескоп «Радиоастрон», угловое разрешение которого в тысячи раз превысит аналогичный параметр для работающего в оптическом диапазоне… →
18 июля 2011 года с космодрома Байконур состоялся успешный пуск ракеты-носителя «Зенит» с российским космическим радиотелескопом «Радиоастрон» (на базе космического аппарата «Спектр-Р») на борту. Этот телескоп стал первым за многие годы космическим астрофизическим инструментом, созданным российскими специалистами. Радиотелескоп предназначен для совместной работы с глобальной наземной сетью радиотелескопов, образуя единый наземно-космический интерферометр со сверхдлинной базой (РСДБ) очень высокого углового разрешения — до семи микросекунд (для сравнения, разрешение человеческого глаза составляет порядка одной угловой минуты). «Год назад мы вернулись в научный космос», — считает Михаил Хайлов, начальник управления технической политики и качества Федерального космического агентства.

За минувший год прошло более 100 радиоинтерферометрических наблюдений общей продолжительностью 200 часов, проведено более 30 юстировок и более 400 сеансов управления с общей продолжительностью 2000 часов. В общей сложности проведены наблюдения 29 активных ядер галактик, 9 пульсаров и 6 источников мазерных линий. В наблюдениях участвовали радиотелескопы России, Украины, Австралии, Англии, Германии, Испании, Италии, Нидерландов, США, Японии и Индии.

То, что публикаций, основанных на наблюдениях с «Радиоастроном», нет ни в Nature, ни в Science, не должно никого смущать: все это время было отведено на различные испытания и отладку работы телескопа, и он функционирует строго по графику, а в некоторых моментах — даже с его опережением.

«Радиоастрон» — самый успешный крупный научный проект России в 2011 году

«Подробно увидим то, что на «Хаббле» выглядит как точка»

Самым успешным крупным научным проектом России в 2011 году стал космический радиотелескоп «Радиоастрон». О современном состоянии миссии в… →
Так, выполнение ранней научной программы, запланированное лишь на февраль 2012 года, началось аж в начале декабря 2011-го, о чем в интервью «Газете.Ru» рассказывал один из ведущих ученых проекта «Радиоастрон» Юрий Ковалев. «Сейчас же аппарат полностью передан в пользование Академии наук», — отмечает Владимир Бабышкин, главный конструктор НПО имени С. А. Лавочкина.

Окончательно летные испытания завершились 12 мая 2012 года, когда на базе космический радиотелескоп «Спектр-Р» — 100-метровый радиотелескоп Эффельсберг (Германия) был найден интерференционный отклик от компактного квазара 2013+370 на длине волны 1,3 см.

Это важный результат, так как в области коротких волн угловое разрешение телескопа выше. Кроме того, в источниках на коротких волнах меньше поглощение, что позволяет глубже заглянуть в области галактических ядер, где находятся сверхмассивные черные дыры.

Разрешения «Радиоастрона» должно хватить для того, чтобы увидеть горизонт событий этих черных дыр, а это открытие стало бы одним из наиболее ярких в современной астрономии и, без преувеличения, претендовало бы на Нобелевскую премию.

«В целом у «Радиоастрона» есть 12 программ, в которых хотелось бы достичь максимального результата, — говорит научный руководитель проекта, академик РАН, директор Астрокосмического центра ФИАН Николай Кардашев. — Одна из таких программ — это изучение ближайших окрестностей сверхмассивных черных дыр, ответ на вопрос, является ли черная дыра черной дырой в том понимании, как мы себе это представляем: есть ли там «кротовая нора», есть много вопросов, связанных с многомерностью пространства. Другая задача — физика нейтронных звезд: что эти объекты собой представляют, какие у них размеры, как они излучают в радиодиапазоне, какое у них магнитное поле. Еще одна из задач — образование звезд и планет. Но есть и целый ряд других вопросов».

Впрочем не только «Радиоастрон» может увидеть горизонт событий этих черных дыр — в четверг «Газета.Ru» расскажет об успехах еще одной научной группы, которая также занимается радиоинтерферометрией и ставит перед собой схожую задачу.

Еще один важный результат, полученный в мае, заключается в измерении так называемого времени когерентности (в радиоинтерферометрии это максимальный интервал времени, в течение которого можно без потерь накапливать сигнал космического излучения). Чувствительность эксперимента тем больше, чем дольше время когерентного накопления: она пропорциональна квадратному корню из этой величины. На Земле время когерентности на сантиметровых волнах ограничено влиянием турбулентной атмосферы, ионосферы и тропосферы и составляет величину от 1 до 15 минут. Анализ времени когерентности в проекте «Радиоастрон» крайне важен, так как, с одной стороны, говорит о том, насколько слабые объекты возможно изучать; с другой стороны, характеризует общую стабильность всего комплекса, включая бортовые атомные часы.

Полученные результаты — 10 минут на волне 6 м и 2 минуты на 1,3 см — свидетельствуют, что стабильность интерферометра с участием «Радиоастрона» как минимум не хуже, чем у наземных радиоинтерферометров.

close

Интерференционный отклик на излучения компактного ядра активной галактики OJ287, измеренный 6 апреля 2012г. на базе 7.2 диаметров Земли в диапазоне 6 см парой КРТ-Эффельсберг. Время накопления 65 секунд. На изображении представлена значимость обнаружения отклика (16 сигма) в зависимости от остаточной задержки и частоты интерференции // АКЦ ФИАН

Кроме того, были представлены первые результаты ранней научной программы «Радиоастрона», которая проходит в трех основных направлениях — исследование ядер активных галактик, космических мазеров и пульсаров. Так, были обнаружены компактные детали в активном галактическом ядре (квазаре) OJ 287. Этот квазар знаменит тем, что содержит две черные дыры, обращающиеся вокруг общего центра масс с периодом 12 лет.

Как отмечает Николай Кардашев, одна из этих черных дыр является самой массивной из ныне известных: ее масса составляет 18х109 солнечных масс.

Картографирование центральной области квазара и обнаружение компактных деталей в ней создатели «Радиоастрона» называют «рекордным на сегодня результатом». Это детектирование реализует собой угловое разрешение примерно на порядок лучше максимально достижимого с помощью наземных интерферометров на этой длине волны и в сотни раз лучше разрешающей силы космического телескопа им. Хаббла. Оценка яркости излучения ядер оказывается выше 1013 K. Обзор ядер активных галактик продолжается, его результаты позволят понять природу релятивистских струй в активных галактиках.

close

Интерференционный отклик от мазера H2O в области звездообразования W51, полученный между 10-м космическим радиотелескопом (КРТ) и 100-м радиотелескопом в Эффельсберг. Время накопления составляет 240 секунд. Величина проекции базы интерферометра = 1.14 диаметра Земли. По осям отложены: величина коррелированного отклика излучения (в единицах отношения сигнал/шум) в зависимости от частоты спектральной детали и частоты интерференции // АКЦ ФИАН

Из галактических объектов получен интерференционный сигнал от водяного мазера на 1,35 см в области звездообразования W51, находящейся в 5,4 килопарсека от нас. Николай Кардашев отметил, что эти области также интересны тем, что в них, «как предполагал великий отечественный астроном Иосиф Шкловский, могут зарождаться также и планеты». Проведено картографирование блазара 0716+714 (блазар — это активное галактическое ядро, которое выбрасывает релятивистскую струю вещества, направленную точно на нас, из-за чего источник видится очень ярким, как прожектор, направленный на наблюдателя). Данный объект находится на расстоянии 3 млрд световых лет от Земли. Предварительный анализ этих данных показывает, что размер ядра объекта составляет около или менее 40 микросекунд дуги (0,2 парсека), то есть что струя (джет) блазара излучает невдалеке от своего истока.

Престижная астрономическая награда вручена российскому ученому

Человеческая шкала нечеловеческого

Российскому астроному Николаю Кардашеву присуждена престижная награда — золотая медаль имени Гроута Ребера. «Газета.Ru» рассказывает… →
Кроме того, впервые измерено рассеяние радиоволн на неоднородностях космической плазмы, которые искривляют, рассеивают и фокусируют радиолучи. В качестве радиоисточника использован пульсар в созвездии Парусов. Впервые разрешен кружок рассеяния. Выявление структуры этого кружка и ее изменение со временем позволят впервые исследовать неоднородности плазмы на луче зрения.

В июне 2012 года в городе Пущино Московской области прошло заседание Международного научно-координационного совета миссии «Радиоастрон». Отметив высокий уровень результатов, достигнутых проектом за первый год работы, совет предложил организовать работу в рамках конкурсного открытого наблюдательного времени вокруг ключевых научных программ.

Приглашение к участию будет объявлено проектом в августе 2012 года, заявки на наблюдения ожидаются к 1 февраля 2013 года.

Формируется группа международных экспертов для независимого реферирования заявок, председателем которой будет доктор Фил Эдвардс (CSIRO, Австралия).

«Радиоастрон» — это не только радиотелескоп, а еще эксперимент по изучению межпланетной среды

«Радиоастрон» продолжает дело Галилея»

О запуске отечественных научных космических спутников, о солнечной активности и об эксперименте «Плазма-Ф», который будет осуществлен на том же… →
Стоит также отметить, что на борту спутника «Спектр-Р» реализуется эксперимент по изучению солнечной плазмы «Плазма-Ф», в котором помимо России принимают участие такие страны, как Украина, Чехия, Словакия, Киргизия и Китай. Подробнее о задачах этого эксперимента в «Газете.Ru» рассказывал заместитель научного руководителя «Плазма-Ф» Георгий Застенкер. О результатах эксперимента за год рассказал Анатолий Петрукович, один из ведущих ученых проекта: «Аппаратура весом всего 12 кг позволила за год зарегистрировать несколько выбросов солнечной плазмы, приведших к магнитным бурям, причем последний из таких выбросов был зафиксирован 14 июля 2012 года. В рамках эксперимента проводится исследование мелкомасштабной структуры солнечного ветра с рекордным разрешением по времени (32 мсек), что в 100 раз лучше, чем на любых других спутниках. Было установлено, что солнечный ветер состоит из мелких струек, взаимодействующих друг с другом; интенсивность турбулентности влияет на баланс энергии, переносимой ветром».

Отметим, что спутник «Спектр-Р» рассчитан на работу на орбите как минимум до 2020 года.

В погоне за черной дырой

Черные дыры находятся в центрах галактик. Гравитационное притяжение в этих областях настолько велико, что покинуть черные дыры не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Граница этой области называется горизонтом событий. В центре галактики Млечный путь находится черная дыра с массой около 10 миллионов масс Солнца. В центрах активных галактик – миллиарды масс Солнца.

– Как же вы планируете наблюдать черную дыру, если она не излучает свет?

– Она черная и увидеть ее, естественно, нельзя. Поэтому ученые занимаются следующим. Они пытаются увидеть тень от черной дыры, которая будет наиболее прямым свидетельством, что черные дыры действительно существуют. Предполагается, что сзади черной дыры есть излучающая область. Вы увидите тень от черной дыры, а вокруг нее такой светлый ореол.

– У вас есть успехи в поисках тени от черной дыры?

– Черные дыры ищут многие, включая нас в проекте «РадиоАстрон». Год назад мы провели наблюдения за центром нашей галактики. Теоретически там можно увидеть тень от черной дыры. Изображение центра галактики сильно рассеивается. Мы сейчас пытаемся получить его истинное изображение, используя обсуждавшуюся выше субструктуру. Посмотрим, получится ли у нас.

– Вы рассчитываете получить Нобелевскую премию за открытие черной дыры?

– Не знаю, кто получит Нобелевскую премию за открытие черной дыры, когда увидят ее тень. Да и получит ли вообще. Но кто бы это ни был, это может быть сделано, только при учете нового эффекта «субструктуры рассеяния», который мы открыли в «РадиоАстроне».

Российский космический телескоп «Радиоастрон» успешно запущен с Байконура

На космодроме Байконур в понедельник, 18 июля 2011 года, в 6.31 мск состоялся успешный пуск ракеты-носителя «Зенит» с российским космическим радиотелескопом «Радиоастрон» (на базе космического аппарата «Спектр-Р») на борту. На момент 10 часов утра должно состояться отделение космического аппарата от разгонного блока, который должен вывести телескоп на расчетную орбиту. Во вторник в Астрокосмическом центре Физического института им. П. Н. Лебедева Академии наук (АКЦ ФИАН) состоится открытый научный семинар, на котором будет сделано информационное сообщение, посвящённое запуску спутника.

Расчетный срок работы радиотелескопа составляет минимум пять лет.

Как сообщает сайт Роскосмоса

, в 10.06 мск «Спектр-Р» достиг целевой орбиты. Научный космический аппарат отделился от разгонного блока «Фрегат-СБ» в 10.06 мск. Спутник был выведен на высокоэллиптичную орбиту с периодом обращения чуть более 8 суток, при этом, его минимальное расстояние от поверхности Земли составит 600 километров, а максимальное — 330 тысяч километров (для сравнения: средний радиус орбиты Луны составляет 380 тысяч километров).

Работы по созданию этой космической обсерватории велись начиная с 1980-х годов. Более конкретные разработки начались в 1990-х годах, но запуск «Радиоастрона» постоянно откладывался в силу различных причин, к которым, в частности, относятся распад СССР и недостаток финансирования, что чревато неудачей при проведении столь сложного эксперимента, каким является космический радиотелескоп «Радиоастрон».

Судя по всему, все проблемы остались позади, и в скором будущем российские ученые станут обладателями уникального наблюдательного инструмента.

close

Спутник с радиотелескопом перед отправкой на космодром // ФИАН-Информ

Стопроцентно это можно будет утверждать где-то через месяц, после того как десятиметровая антенна телескопа, состоящая из 27 лепестков, успешно раскроется и пройдут первые тестовые наблюдения.

«Да, на Марсе есть жизнь…»

В 2011 году, когда будет отмечаться 50 лет полета Гагарина в космос, после более чем 25-летней подготовки будет запущен космический радиотелескоп… →
С помощью телескопа «Радиоастрон» и наземной сети радиотелескопов будет создана единая система наземно-космического интерферометра для получения изображений, координат и угловых перемещений различных объектов Вселенной с исключительно высоким разрешением — от 0,5 угловых миллисекунд до нескольких микросекунд. «Телескоп будет обладать исключительно высоким угловым разрешением, что позволит получить ранее недостижимые по детальности изображения исследуемых космических объектов», — не раз подчеркивал академик РАН Николай Кардашев, директор АКЦ ФИАН, головной организации по комплексу научной аппаратуры спутника «Радиоастрон».

Для сравнения, разрешение, которого можно добиться с помощью «Радиоастрона», будет как минимум в 250 раз выше, чем можно добиться с помощью наземной сети радиотелескопов, и более чем в 1000 раз выше, чем у телескопа «Хаббл», работающего в оптическом диапазоне.

Базой для российской космической обсерватории стала платформа «Навигатор», разработанная в НПО имени С. А. Лавочкина. Первым спутником на этой платформе стал запущенный в январе нынешнего года метеорологический спутник «Электро-Л».

Главная научная цель миссии «Радиоастрон» — проведение фундаментальных астрофизических исследований в радиодиапазоне электромагнитного спектра, исследование астрономических объектов различных типов с беспрецедентным (до миллионных долей угловой секунды) разрешением. Проект предполагает изучение активных галактических ядер и сверхмассивных черных дыр, исследование темной материи и энергии и многое другое.

Объектами изучения станут нейтронные звезды и черные дыры в нашей Галактике, структура и распределение межзвездной и межпланетной плазмы.

Будет проведена работа и над улучшением нашего понимания высокоточной модели гравитационного поля Земли.

На этой неделе «Газета.Ru» расскажет подробнее об объектах, которые будут наблюдаться на телескопе «Радиоастрон», о задачах, которые попробуют решить ученые с помощью этого проекта, и о том, как проходит полет телескопа.

В далекой-далекой галактике или кто такие квазары

Квазары – мощные и далекие ядра активных галактик, одни из самых ярких астрономических объектов в видимой Вселенной.

– Еще одно важное направление «РадиоАстрона» – это исследование квазаров. Мы считаем, что в центрах этих далеких галактик находится очень тяжелая черная дыра. Вокруг нее вращается диск из пыли и газа. Когда на центральную сверхмассивную черную дыру падает вещество, примерно 1/10 его часть перерабатывается, ускоряется и выбрасывается черной дырой наружу в виде узких джетов (вырывающиеся струи плазмы, – прим. m24.ru). Мы проверяли предсказание теории излучения далеких квазаров. Есть физическая модель, которая построена, хорошо проработана, самосогласована. Она замечательно объясняла данные наблюдений десятки лет.

Так вот, было предсказание модели, что ядра этих квазаров не могут быть ярче определенного предела. Есть только одна тонкость. Чтобы проверить этот предел, надо было построить наземно-космический интерферометр. Потому что проверить другими способами, например, только с помощью наземных телескопов, невозможно. «РадиоАстрон» проверил это предсказание теории и оказалось, что оно нарушается, как минимум, в 10 раз.

– И что теперь будет?

– Это великолепный результат. Наука развивается скачками именно когда оказывается, что результаты новых научных экспериментов противоречат предсказаниям теории.

У нас есть несколько объяснений этого эффекта. К сожалению, у всех этих объяснений есть трудности. Мы сейчас очень активно размышляем над тем, как же нужно поменять, поправить теорию, описывающую излучения далеких ярких джетов в квазарах, чтобы объяснить результат «РадиоАстрона».

Сайт о нанотехнологиях #1 в России

Спутник Спектр-Р с космическим десятиметровым радиотелескопом на борту, подготовленный к запуску в НПО им. С.А. Лавочкина в рамках международного проекта «Радиоастрон», 24 июня 2011 года был отправлен самолетом из московского аэропорта Шереметьево и прибыл на космодром Байконур. Запуск в космос запланирован на 18 июля.

«Все испытания успешно завершены. Двадцатого июня была окончательно определена дата отправки на космодром Байконур космического аппарата Спектр-Р с радиотелескопом проекта «Радиоастрон». Он будет доставлен на космодром 24 июня. Подтверждены также дата и время запуска – 18 июля 2011 года, 6 часов утра по московскому времени. Кроме того, на случай неподходящей погоды в этот момент, имеется окно запуска длительностью в три дня«, – сообщил руководитель Астрокосмического центра ФИАН и научный руководитель проекта «Радиоастрон» академик Николай Кардашев.

Проект «Радиоастрон» – это создание единой системы наземно-космического интерферометра для получения изображений, координат и измерения движений различных объектов Вселенной с исключительно высоким разрешением.

Метод радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) позволяет объединять наблюдения, совершаемые несколькими телескопами. Они действуют как один гигантский телескоп, размеры которого соответствуют максимальному расстоянию между ними, поэтому угловое разрешение РСДБ может в тысячи раз превышать разрешающую силу оптических телескопов. Совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов на высокой орбите спутника Земли (апогей около 350 тыс. км) будет работать 10-метровый космический радиотелескоп.

Программу «Радиоастрон» разрабатывает Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (АКЦ ФИАН), являясь также координатором международного проекта. Главная научная цель миссии – проведения фундаментальных астрофизических исследований в радиодиапазоне электромагнитного спектра, исследование астрономических объектов различных типов с беспрецедентным (до миллионных долей угловой секунды) разрешением. Проект предполагает изучение активных галактических ядер и сверхмассивных черных дыр, исследование темной материи и энергии и многое другое. Объектами изучения станут нейтронные звезды и черные дыры в нашей Галактике, структура и распределение межзвездной и межпланетной плазмы. Будет проведена работа и над улучшением нашего понимания высокоточной модели гравитационного поля Земли.

В проекте участвуют ученые и специалисты двадцати стран. Спутник Спектр-Р и конструкция космического радиотелескопа были разработаны в НПО им. С. А. Лавочкина. Головная организация по комплексу научной аппаратуры – Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (Астрокосмический центр).

Предстартовая подготовка российской астрофизической обсерватории «Радиоастрон» («Спектр-Р») началась на космодроме Байконур в Казахстане сразу после прибытия аппарата, куда его доставили в пятницу из подмосковного НПО имени Лавочкина, говорится в сообщении на сайте Роскосмоса.

«По завершении операций по выгрузке космического аппарата «Спектр-Р» расчетами филиала ФГУП ЦЭНКИ – космического и выполнения необходимых таможенных процедур космический аппарат будет доставлен на площадку 31 для проведения предстартовых проверок аппарата. На площадке 42 космодрома продолжаются работы по подготовке ракеты-носителя «Зенит-3М» к пуску», – говорится в сообщении.

Планируется, что ракета «Зенит-3М» совместно с разгонным блоком «Фрегат-СБ» выведет в космос обсерваторию «Радиоастрон» с 10-метровым космическим радиотелескопом.

Ранее сообщалось, что запуск аппарата, разработка которого началась еще в 1980-е годы, запланирован примерно на шесть часов утра 18 июля.

С Земли спутником будут управлять два центра космической связи, расположенные в Уссурийске и в районе подмосковных Медвежьих озер. Станция слежения в Пущино, где находится радиоастрономическая обсерватория ФИАН, успешно протестирована и готова к работе.

Космический радиотелескоп «Радиоастрон», созданный на базе новой платформы НПО имени Лавочкина – «Навигатор», будет работать совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов, образуя единый наземно-космический интерферометр очень высокого углового разрешения. В частности, в проекте будут участвовать сеть российских телескопов «Квазар», американские радиообсерватории «Аресибо» (Arecibo) и «Грин Бэнк» (Green Bank) германская обсерватория в Эффельсберге, ряд других установок.

C помощью «Радиоастрона» и его наземных «партнеров» астрономы увидят космические объекты с разрешением до семи микросекунд, что превышает возможности космического телескопа «Хаббл» более чем в тысячу раз.

«Радиоастрон» будет изучать процессы внутри активных галактических ядер и около сверхмассивных черных дыр, темную материю, строение и динамику областей звездообразования в нашей Галактике. Кроме того, он поможет в создании высокоточной астрономической координатной системы и высокоточной модели гравитационного поля Земли.

Время работы аппарата на орбите должно составить не менее пяти лет.

Управление аппаратом и сбор данных

Для того, чтобы управлять космическим радиотелескопом «РадиоАстрон» есть две станции управления дальней космической связи. Одна находится в Подмосковье – «Медвежьи озера» с 64-метровой антенной РТ-64. Другая под Уссурийском с радиотелескопом РТ-70 с размером зеркала 70 метров.

Они используются не только для управления, но и для измерений параметров орбиты космического аппарата «Спектр-Р», на котором установлен телескоп. Скорость, расстояние – все эти данные поступают в институт прикладной математики, где баллистическая группа с высочайшей точностью восстанавливает информацию об орбите космического аппарата.

Есть две станции слежения и сбора научной информации. Одна в подмосковном Пущино с 22 метровым радиотелескопом РТ-22. Другая – это Грин-Бэнк в американском штате Западная Вирджиния. Там 43-метровая антенна, которую Россия арендует у Соединенных Штатов по контракту.

Когда аппарат выходит из видимости пущинской станции, он переходит в зону ответственности американской. Правда есть те части орбиты, которые не покрыты ни одной станцией, ни другой. Это около 10-15 процентов времени.

– Как организована передача научной информации?

– Научная информация с борта аппарата передается на Землю непосредственно во время научных экспериментов. Речь идет о бесперебойной передаче данных со скоростью 128 мегабит в секунду с расстояния до 350 тысяч километров. 10-метровый космический радиотелескоп «РадиоАстрон» наводится на объект на небе, одновременно с этим полутораметровая антенна на его борту наводится на станцию слежения на Земле. И в режиме реального времени научные данные передаются на Землю.

«Речь идет о бесперебойной передаче данных со скоростью 128 мегабит в секунду с расстояния до 350 тысяч километров».

Мы не можем записывать данные эксперимента на борт и потом передавать их отложено. Просто-напросто потому, что данных много – за сеанс передается более 50 гигабайт научной информации. За пять с половиной лет проекта у нас уже накоплено более 2,5 петабайта информации (2500 терабайт, – прим. m24.ru) со всех телескопов–участников наземно-космического интерферометра.

Долговременное хранение «сырых» данных организовано в двух копиях. На твердых дисках и на магнитных лентах. Они хранятся в специализированных шкафах и занимают одну комнату у нас в астрокосмическом центре Физического института имени Лебедева РАН. Архив прокоррелированных данных, которые используются научными группами для дальнейшего анализа, составляет несколько терабайт и находится на одном из наших серверов.

Проект «Радиоастрон»

Печально это, господа гики. В том топике про Роскосмос была высказана мысль, что современной российской технической интеллингенции плевать на российские успехи — ей интересно только тыкать пальцем «а вот на Западе-то ооо!» и «просрали все полимеры, ворьё».

Глядя на печальную статистику поиска, верится легко. Ну что же, будем исправлять помаленьку в меру своих скромных сил.

«Радиоастрон» — международный проект фундаментальных исследований космоса в радиодиапазоне. Для реализации этого проекта на околоземную орбиту 18 июля 2011 года был выведен «Спектр-Р» — космическая обсерватория, представляющая собой 10-метровый радиотелескоп, обращающийся вокруг Земли по сильно вытянутой эллиптической орбите (перигей — 10 000 км, апогей — 390 000 км, сравнимо с расстоянием до Луны).

Координатор проекта — Астрокосмический центр ФИАН, аппарат разработан НПО им. Лавочкина, выведен на орбиту с помощью ракеты-носителя Зенит-2 с разгонным блоком Фрегат-СБ (также разработан в НПО им. Лавочкина). Проект «Радиоастрон» — единственный запуск космического аппарата на высокую орбиту за весь 2011 год.

Зачем нужен радиотелескоп на высокой орбите?

Ключевой характеристикой телескопа является его угловое разрешение — минимальный угол между двумя объектами, при котором в телескоп они видны как отдельные объекты. Теоретическое разрешение телескопа описывается формулой 1.22 λ / D, где λ — длина волны, D — диаметр зеркала телескопа.

Практически же оптические телескопы быстро упираются в потолок, равный 0.5-1 угловой секунде, обусловленный атмосферным рассеянием. Практически такую же разрешающую способность имеет телескоп Хаббла.

В радиодиапазоне же влияние атмосферы гораздо меньше, но и длина волны гораздо больше. Несмотря на то, что радиотелескопы имеют куда большие размеры, угловое разрешение даже самого большого радиотелескопа не превышает 15-20 угловых секунд.

Однако здесь есть пространство для манёвра. Так как радиоволны имеют большую длину и не рассеиваются атмосферой, возможно объединение нескольких радиотелескопов в интерферометр. В этом случае в знаменателе формулы будет находится уже не диаметр зеркала, а расстояние между спаренными телескопами (база интерферометра).

С помощью группировки расположенных в разных частях света радиотелескопов можно добиться углового разрешения порядка одной тысячной угловой секунды (т.е. на три порядка лучше, чем в оптическом диапазоне).

Но если вывести один конец интерферометра в космос, то можно получить гораздо большую базу интерферометра, чем мы имеем на нашем глобусе. В случае «Радиоастрона» длина этой базы составляет 390 тысяч километров — что соответствует разрешению в миллионные доли угловой секунды для коротких волн.

Для этого «Радиоастрон» должен быть синхронизирован с рядом наземных радиотелескопов (в проекте принимают участие радиотелескопы в Грин-Бэнк, Эффельберге и Аресибо, а также ряд российских и украинских радиотелескопов). Это беспрецедентной сложности техническая задача — предшественник «Радиоастрона», японский восьмиметровый телескоп проекта VSOP, обращался на орбите с апогеем 21 400 километров — в двадцать раз ближе «Радиоастрона». С телескопа непрерывно поступает 128 мегабит данных в секунду.

Изначально планировалось, что «Радиоастрон» будет находиться на орбите 5 лет (прежде чем вследствие гравитационного притяжения Луны войдёт в плотные слои атмосферы). Однако в марте с.г. удалось скорректировать курс аппарата и продлить срок его жизни до 10 лет.

Перейдём теперь к самому вкусному — что исследуется и будет исследоваться с помощью «Радиоастрона». Вот краткий список основных задач проекта:

— Исследование природы источника энергии в ядрах активных галактик. — Исследование космологической эволюции компактных внегалактических источников. — Изучение процесса образования звезд и планетных систем. — Исследование пульсаров (нейтронных и странных звезд и магнетаров). — Микроквазары и радиозвезды. — Космическая баллистика и гравиметрия — построение модели гравитационного потенциала Земли и измерение эффектов ОТО. — Фундаментальная астрометрия — построение небесной системы координат нового поколения.

Кроме того, помимо радиотелескопа в состав космической обсерватории входит комплекс «Плазма-Ф», с помощью которого исследуется магнитное поле Земли, солнечный ветер и прогнозируются магнитные бури.

Более подробно прочитать о целях и задачах проекта можно здесь: www.federalspace.ru/main.php?id=148

Пущинская радиоастрономическая обсерватория

Тик-так, тик-так, постукивают часы с кукушкой на стене; они ходят и даже показывают правильное время. Только за приоткрывшейся дверцей кукушки уже нет. В соседней комнате тоже есть часы. Правда, они скорее напоминают большие металлические ящики размером с музыкальные колонки на дискотеках. Это одни из самых точных часов на Земле, так называемый водородный стандарт частоты. Отклоняются на секунду один раз в миллион лет. Отечественная разработка.

Мы находимся в Пущинской радиоастрономической обсерватории в 100 километрах к югу от Москвы. В здании, откуда идет управление одним старейших в России радиотелескопов – РТ-22. Телескоп размером с девятиэтажный дом и 22-метровым зеркалом, стоит на платформе которая крутится вокруг своей оси. Раньше эта платформа стояла на немецком линкоре времен второй мировой, а на платформе размещалась боевая пушка.

«Оператор? Это рутинная работа, техническая», – смущаясь говорит молодой сотрудник Наташа. Она работает в обсерватории шесть лет, управляя телескопом РТ-22. Сидит за панелью управления, а телескоп высится перед ней прямо за окном. Когда Наташа вводит в компьютер данные, 22-метровое зеркало телескопа начинает поворачиваться, наводиться на «РадиоАстрон».

«Запуск «РадиоАстрона» был для нас запоминающимся моментом», – оживляется девушка. – «Мы тогда все сильно волновались. Следили за параметрами на приборах, а параллельно у нас был включен телевизор. Там поглядывали на старт ракеты. Конечно, мы очень сильно обрадовались, когда все прошло хорошо».

«Телескоп работает не только по программе «РадиоАстрон», у него еще несколько научных программ», – продолжает она. – «Но в целом для операторов большой разницы между ними нет. Заканчивается одна научная программа, мы направляем телескоп на объекты другой программы по параметрам, которые нам присылают».

В соседней комнате наблюдаю сцену из фильма Матрица. Оператор телескопа Павел сидит перед монитором, на котором мелькает непонятный набор букв и цифр. Разница лишь в цвете изображения. Черные символы на белом фоне – никакой зелени. Часть этих данных означает параметры, которые необходимо задать наземному телескопу РТ-22 для работы по программе «РадиоАстрон».

«Для меня – это уже не беспорядочный набор символов, а осмысленные данные», – улыбается Павел.

Подводная лодка

Телескоп пришел в движение. Запрыгиваю на лестницу и лезу наверх, под самое зеркало. Ощущения будто очутился в парке аттракционов, взобрался на карусель. За 20 минут РТ-22 может обернуться вокруг своей оси. На практике максимальный поворот идет до 180 градусов и обратно, иначе могут пережаться провода, по которым поступающая информация передается в здание управления. В этот раз платформа телескопа повернулась на несколько метров.

Я – в сердце телескопа – технической комнате прямо под зеркалом. Выполнена в форме цилиндра или валика, узкая – словно попал на подлодку. Вокруг сложнейшие приборы и оборудование из фантастических фильмов неизвестного мне назначения. Жарко..

«Анатолий Васильевич, здесь как в бане», – восклицает Павел. «Видимо с предыдущей смены обогреватель забыли выключить. Да, так и есть», – говорит седой мужчина с аккуратной бородкой и добрыми глазами. Это Анатолий Васильевич – серьезный ученый, кандидат наук, руководитель отдела наземно-космической радиоинтерферометрии. В Пущинской обсерватории работает более 35 лет.

Для точности измерений аппаратуре нужен определенный диапазон температур. Ночью было холодно, вот и включили подогрев. Анатолий Васильевич отключил его.

Когда я оказался на обзорной площадке РТ-22, вокруг был виден леc. Площадь обсерватории – 140 гектаров. Оранжевое солнце клонилось к закату и пели птицы.

«Место для обсерватории изначально выбирали, чтобы подальше от людей и цивилизации», – говорит Анатолий Васильевич. – «За последние годы Пущино, конечно, разросся, но ритм жизни здесь остался спокойным, неспешным. Для наблюдений за космосом – лучшая обстановка».

«К наблюдениям нужно готовиться, космос не терпит суеты».

Будущее «РадиоАстрона»

– Юрий, сколько времени осталось «жить» «РадиоАстрону»?

– Наш гарантийный срок закончился еще в 2014 году. Ожидаемое время жизни закончилось прошлым летом. Но любой спутник работает пока он технически способен выполнять свою задачу и не прекратилось его финансирование. На сегодняшний день у спутника «Спектр-Р» замечательная ситуация. C одной стороны, он технически способен реализовывать научную программу почти в полном объеме. А с другой стороны, продолжается финансирование этого проекта Роскосмосом.

Год назад госкомиссия продлила финансирование работы «РадиоАстрона» до конца 2020 года. Но даже после того, как спутник завершит наблюдения, международные научные группы еще долго будут изучать полученные данные – как это происходит для любого другого успешного космического телескопа.

– На смену «РадиоАстрону» придет новый проект?

– Да, сейчас готовится космический телескоп «Миллимметрон». У него тоже будет 10-метровое зеркало. Но, в отличие от «РадиоАстрона», он будет работать не только в режиме интерферометра (в связке с наземными телескопами), но и как высокочувствительное одиночное зеркало.

«Миллиметрон» будет работать на намного более коротких длинах волн – миллиметрах и субмиллиметрах. Если у «РадиоАстрона» не получится увидеть тень черной дыры, мы ожидаем, что это сделает «Миллиметрон».

Согласно утвержденной федеральной космической программе, речь идет про запуск после 2025 года.

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].

18 июля 2011 года в 10:06 по московскому времени КА «Спектр-Р» достиг целевой высокоэллиптической орбиты с параметрами[19]:

  • перигей — 600 км;
  • апогей — 330 тыс. км;
  • период обращения — 8,2 суток;
  • начальное наклонение — 51,3°.

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[4]. За планируемое время работы (5 лет) притяжение Луны поднимет апогей радиотелескопа до высоты 390 000 км[20].

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

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[20].

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: