Обсерватории покидают Землю
ТЕХНОЛОГИИ / #5_ИЮНЬ_2024
Текст: Роман ЖОЛУДЬ, Надежда ФЕТИСОВА / Фото: РИА Новости, Google.com, МОКБ «Марс» (Валентин Коробейников), НПО им. Лавочкина
На фото: космический аппарат «Спектр-РГ» перед отправкой на Байконур
13 июля исполняется пять лет со дня запуска российской космической обсерватории «Спектр-РГ». Рассказываем о том, почему телескопам неуютно на Земле и как развивается уникальная линейка космических обсерваторий «Спектр».
Сложно сказать, когда человек начал профессионально изучать звездное небо. Ученые выделяют с десяток сооружений, которые можно считать древнейшими обсерваториями нашей планеты. Среди них знаменитый Стоунхендж в Великобритании, храм бога Вишну Ангкор-Ват в Камбодже, скала Абу-Симбел в Египте, поселок древних индейцев анасази Пуэбло-Бонито в США, город майя Уксмаль на территории Мексики… Большинство из них принадлежали исчезнувшим цивилизациям, не оставившим письменных свидетельств о назначении сооружений.
У древних астрономов не было приборов, помогающих наблюдать за небесными объектами, зато они использовали приспособления, позволявшие им фиксировать важные данные. Например, для определения времени они использовали солнечные часы — гномоны и водяные — клепсидры. С помощью гномонов определяли также угловую высоту Солнца и направление меридиана.
Большой вклад в создание первых астрономических инструментов внесли древние греки и римляне. Так, древнегреческому геометру Эратосфену приписывают создание армиллярной сферы, с помощью которой определяли экваториальные и эклиптические координаты светил. Гипатия Александрийская, философ и астроном, жившая в IV в. до н. э., изобрела астролябию — прибор для определения положения небесных тел, наблюдения звездного неба и даже предсказаний. А Клавдий Птолемей придумал квадрант — угломерный инструмент для измерения высоты небесных светил над горизонтом и угловых расстояний между светилами.
Однако единственным оптическим прибором для астрономических наблюдений долгое время оставался, как сказали бы современные ученые, невооруженный глаз. Первый телескоп изготовил из подзорной трубы в 1609 году знаменитый итальянский математик и астроном Галилео Галилей. Прибор состоял из двух линз — собирающей и рассеивающей с фокусным расстоянием около 50 см; он давал 32‑кратное увеличение. (Для сравнения, современные оптические телескопы способны увеличивать объект в несколько тысяч раз.)
Все современные оптические телескопы можно разделить на три вида:
У древних астрономов не было приборов, помогающих наблюдать за небесными объектами, зато они использовали приспособления, позволявшие им фиксировать важные данные. Например, для определения времени они использовали солнечные часы — гномоны и водяные — клепсидры. С помощью гномонов определяли также угловую высоту Солнца и направление меридиана.
Большой вклад в создание первых астрономических инструментов внесли древние греки и римляне. Так, древнегреческому геометру Эратосфену приписывают создание армиллярной сферы, с помощью которой определяли экваториальные и эклиптические координаты светил. Гипатия Александрийская, философ и астроном, жившая в IV в. до н. э., изобрела астролябию — прибор для определения положения небесных тел, наблюдения звездного неба и даже предсказаний. А Клавдий Птолемей придумал квадрант — угломерный инструмент для измерения высоты небесных светил над горизонтом и угловых расстояний между светилами.
Однако единственным оптическим прибором для астрономических наблюдений долгое время оставался, как сказали бы современные ученые, невооруженный глаз. Первый телескоп изготовил из подзорной трубы в 1609 году знаменитый итальянский математик и астроном Галилео Галилей. Прибор состоял из двух линз — собирающей и рассеивающей с фокусным расстоянием около 50 см; он давал 32‑кратное увеличение. (Для сравнения, современные оптические телескопы способны увеличивать объект в несколько тысяч раз.)
Все современные оптические телескопы можно разделить на три вида:
- линзовые (рефракторы);
- зеркальные (рефлекторы) — в них свет отражается от зеркала;
- катадиоптрические — в них комбинируются линзы и зеркало.
Вдали от Земли
Все современные астрономические обсерватории можно разделить на четыре вида: наземные, подземные, воздушные и космические.
Наземные обсерватории — самые распространенные и традиционные. Но и они очень сильно изменились за века развития астрономии.
Во-первых, их стали строить вдали от населенных пунктов, чтобы свет и тепло, исходящие от городских объектов, не мешали наблюдению. Обсерватории стали строить там, где климат и другие условия лучше всего подходят для работы телескопов. К примеру, Специальная астрофизическая обсерватория РАН находится в поселке Нижний Архыз в Карачаево-Черкесии на высоте почти 2100 метров над уровнем моря. Это самая высокогорная обсерватория в нашей стране.
Во-вторых, многие современные обсерватории не требуют постоянного присутствия исследователей. Образ астронома, проводящего ночи напролет у окуляра телескопа, давно ушел в прошлое. Сейчас обсерватория может управляться автоматически, сама записывать и передавать ученым результаты наблюдений. Для поддержания функционирования такой обсерватории достаточно нескольких дежурных техников. Таким образом, в частности, работает обсерватория ALMA (Atacama Large Millimeter Array), расположенная в чилийской пустыне Атакама. Это комплекс из 65 радиотелескопов; их разместили на высоте 5058 метров, для того чтобы уменьшить влияние земной атмосферы. ALMA называют самой дорогой в мире обсерваторией: над проектом, кроме Чили, работали США, Канада, Япония, Тайвань и страны Евросоюза, вложив в него около $ 1,4 млрд. Первый блок ALMA заработал в 2008 году, а вся обсерватория начала полноценно функционировать в 2013 году.
Все современные астрономические обсерватории можно разделить на четыре вида: наземные, подземные, воздушные и космические.
Наземные обсерватории — самые распространенные и традиционные. Но и они очень сильно изменились за века развития астрономии.
Во-первых, их стали строить вдали от населенных пунктов, чтобы свет и тепло, исходящие от городских объектов, не мешали наблюдению. Обсерватории стали строить там, где климат и другие условия лучше всего подходят для работы телескопов. К примеру, Специальная астрофизическая обсерватория РАН находится в поселке Нижний Архыз в Карачаево-Черкесии на высоте почти 2100 метров над уровнем моря. Это самая высокогорная обсерватория в нашей стране.
Во-вторых, многие современные обсерватории не требуют постоянного присутствия исследователей. Образ астронома, проводящего ночи напролет у окуляра телескопа, давно ушел в прошлое. Сейчас обсерватория может управляться автоматически, сама записывать и передавать ученым результаты наблюдений. Для поддержания функционирования такой обсерватории достаточно нескольких дежурных техников. Таким образом, в частности, работает обсерватория ALMA (Atacama Large Millimeter Array), расположенная в чилийской пустыне Атакама. Это комплекс из 65 радиотелескопов; их разместили на высоте 5058 метров, для того чтобы уменьшить влияние земной атмосферы. ALMA называют самой дорогой в мире обсерваторией: над проектом, кроме Чили, работали США, Канада, Япония, Тайвань и страны Евросоюза, вложив в него около $ 1,4 млрд. Первый блок ALMA заработал в 2008 году, а вся обсерватория начала полноценно функционировать в 2013 году.
Гиганты в пустыне
Пустыню Атакама в Чили называют меккой астрономов — там уникальные условия для наблюдений. Сейчас в Атакаме сооружаются два гигантских телескопа.
Первый — "Чрезвычайно большой телескоп" (Extremely Large Telescope) на высоте более 3 тыс. метров, сердцем которого станет телескоп с зеркалом почти 40 метров в диаметре, состоящим из 798 шестиугольных сегментов. Такое зеркало позволит собирать в 15 раз больше света, чем любой из существующих телескопов. Телескоп принадлежит Европейской южной обсерватории. Его строительство началось в 2015 году. С помощью телескопа планируется, в частности, изучать состав атмосфер внесолнечных планет.
Второй строящийся в Атакаме гигант — "Гигантский Магелланов телескоп" (Giant Magellan Telescope), принадлежащий США. Он будет состоять из семи зеркал диаметром 8,4 метра и весом 20 тонн каждое. Суммарная апертура телескопа будет равна соответствующей характеристике телескопа с зеркалом диаметром 24,5 метра. Телескоп должен начать работать в 2029 году. С его помощью планируется искать новые экзопланеты, изучать свойства темной материи и темной энергии.
Первый — "Чрезвычайно большой телескоп" (Extremely Large Telescope) на высоте более 3 тыс. метров, сердцем которого станет телескоп с зеркалом почти 40 метров в диаметре, состоящим из 798 шестиугольных сегментов. Такое зеркало позволит собирать в 15 раз больше света, чем любой из существующих телескопов. Телескоп принадлежит Европейской южной обсерватории. Его строительство началось в 2015 году. С помощью телескопа планируется, в частности, изучать состав атмосфер внесолнечных планет.
Второй строящийся в Атакаме гигант — "Гигантский Магелланов телескоп" (Giant Magellan Telescope), принадлежащий США. Он будет состоять из семи зеркал диаметром 8,4 метра и весом 20 тонн каждое. Суммарная апертура телескопа будет равна соответствующей характеристике телескопа с зеркалом диаметром 24,5 метра. Телескоп должен начать работать в 2029 году. С его помощью планируется искать новые экзопланеты, изучать свойства темной материи и темной энергии.
Наземные обсерватории охватывают широкий спектр астрономических вопросов: особенности существования звезд, галактик, Солнечной системы и ее объектов (включая астероиды, кометы и метеориты), межзвездной среды и т. п. С их помощью ученые изучают физику и эволюцию звезд, формирование галактик и другие процессы.
К звездам — из подземелья
Уменьшить негативное воздействие земной атмосферы на аппаратуру можно не только высоко в горах, но и под землей. Подземные обсерватории, появившиеся во второй половине ХХ века, позволили развиться новым направлениям астрономии, связанным с изучением элементарных частиц.
Первая подземная нейтринная обсерватория была запущена в СССР в 1973 году. Она принадлежит Институту ядерных исследований РАН, действует до сих пор и находится в Приэльбрусье, в горах Баксанского ущелья.
Основное оборудование Баксанской обсерватория расположено на глубине 300−400 метров в двух шахтах протяженностью около 4 км. Главные направления исследований: изучение потоков солнечных нейтрино, космических гамма-лучей (нейтринная и гамма-астрономия), строения и эволюции Солнца, звезд, ядра Галактики и т. п.
Еще одна подземная нейтринная обсерватория — японская Камиока, расположенная в шахте Мозуми. За исследования солнечных нейтрино работавшие в ней ученые дважды получали Нобелевскую премию по физике (в 2002 и 2015 годах).
Однако, несмотря на все эти успехи, следует сказать, что подземные обсерватории работают на меньшем количестве направлений астрономии по сравнению с наземными.
Уменьшить негативное воздействие земной атмосферы на аппаратуру можно не только высоко в горах, но и под землей. Подземные обсерватории, появившиеся во второй половине ХХ века, позволили развиться новым направлениям астрономии, связанным с изучением элементарных частиц.
Первая подземная нейтринная обсерватория была запущена в СССР в 1973 году. Она принадлежит Институту ядерных исследований РАН, действует до сих пор и находится в Приэльбрусье, в горах Баксанского ущелья.
Основное оборудование Баксанской обсерватория расположено на глубине 300−400 метров в двух шахтах протяженностью около 4 км. Главные направления исследований: изучение потоков солнечных нейтрино, космических гамма-лучей (нейтринная и гамма-астрономия), строения и эволюции Солнца, звезд, ядра Галактики и т. п.
Еще одна подземная нейтринная обсерватория — японская Камиока, расположенная в шахте Мозуми. За исследования солнечных нейтрино работавшие в ней ученые дважды получали Нобелевскую премию по физике (в 2002 и 2015 годах).
Однако, несмотря на все эти успехи, следует сказать, что подземные обсерватории работают на меньшем количестве направлений астрономии по сравнению с наземными.
Чуть ближе к космосу
Еще одним способом избежать влияния земных помех при астрономических наблюдениях стало появление воздушных обсерваторий.
Уже с 1920‑х годов ученые стали пытаться наблюдать солнечные затмения с воздуха. Для этих целей использовались дирижабли, бипланы, а затем — самолеты. Долгое время это не приносило хороших результатов: отсутствие стабилизации не давало возможности сделать снимки нужного качества.
Но в 1965 году Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) запустило первую в мире летающую обсерваторию Galileo, проводившую наблюдения в инфракрасном диапазоне. Это было обоснованное решение: инфракрасные волны, поглощаемые у поверхности земли, гораздо лучше наблюдать в верхних слоях атмосферы, где нет водяного пара и других загрязняющих факторов. Еще одним плюсом летающей обсерватории стала мобильность: она могла переместиться в любую точку планеты, где наблюдение за конкретным явлением обещало наилучшие результаты.
Самой большой воздушной обсерваторией стала SOFIA. Она была запущена в США в 2010 году и представляла собой инфракрасный телескоп на самолете Boeing 747 SP (усовершенствованная модель с особой системой стабилизации). Самолет осуществлял полеты продолжительностью 10 часов в стратосфере Земли. Эксплуатация SOFIA была прекращена в 2022 году.
Результаты астрономических исследований воздушных инфракрасных обсерваторий оказались впечатляющими. С их помощью были обнаружены кольца Урана, исследована атмосфера Плутона, изучены многие планеты Солнечной системы, составлены карты некоторых туманностей и т. п. Но такие проекты — очень дорогое удовольствие, затраты на них сравнимы с бюджетами космических обсерваторий. Это связано с тем, что в рамках таких исследований приходится тратить большие средства на самолеты-носители (горючее и обслуживание, пилоты). Усложняют работу и технические проблемы: телескопы должны быть легкими и компактными, приходится постоянно решать проблему их стабилизации. Наземным телескопам устойчивость, критически необходимую для точных наблюдений, придает бетонная основа. В самолете такой вариант неприменим; кроме того, турбулентность создает дополнительные помехи. Так что перспективы воздушных обсерваторий сомнительны.
Еще одним способом избежать влияния земных помех при астрономических наблюдениях стало появление воздушных обсерваторий.
Уже с 1920‑х годов ученые стали пытаться наблюдать солнечные затмения с воздуха. Для этих целей использовались дирижабли, бипланы, а затем — самолеты. Долгое время это не приносило хороших результатов: отсутствие стабилизации не давало возможности сделать снимки нужного качества.
Но в 1965 году Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) запустило первую в мире летающую обсерваторию Galileo, проводившую наблюдения в инфракрасном диапазоне. Это было обоснованное решение: инфракрасные волны, поглощаемые у поверхности земли, гораздо лучше наблюдать в верхних слоях атмосферы, где нет водяного пара и других загрязняющих факторов. Еще одним плюсом летающей обсерватории стала мобильность: она могла переместиться в любую точку планеты, где наблюдение за конкретным явлением обещало наилучшие результаты.
Самой большой воздушной обсерваторией стала SOFIA. Она была запущена в США в 2010 году и представляла собой инфракрасный телескоп на самолете Boeing 747 SP (усовершенствованная модель с особой системой стабилизации). Самолет осуществлял полеты продолжительностью 10 часов в стратосфере Земли. Эксплуатация SOFIA была прекращена в 2022 году.
Результаты астрономических исследований воздушных инфракрасных обсерваторий оказались впечатляющими. С их помощью были обнаружены кольца Урана, исследована атмосфера Плутона, изучены многие планеты Солнечной системы, составлены карты некоторых туманностей и т. п. Но такие проекты — очень дорогое удовольствие, затраты на них сравнимы с бюджетами космических обсерваторий. Это связано с тем, что в рамках таких исследований приходится тратить большие средства на самолеты-носители (горючее и обслуживание, пилоты). Усложняют работу и технические проблемы: телескопы должны быть легкими и компактными, приходится постоянно решать проблему их стабилизации. Наземным телескопам устойчивость, критически необходимую для точных наблюдений, придает бетонная основа. В самолете такой вариант неприменим; кроме того, турбулентность создает дополнительные помехи. Так что перспективы воздушных обсерваторий сомнительны.
Там, где нет атмосферы
Как бы высоко ни поднимались телескопы на самолетах, избежать негативных атмосферных эффектов полностью пока не удалось. Идея отправлять их за пределы земной атмосферы обсуждалась в США еще до начала эры космонавтики — в 1940‑х годах. Первыми космическими телескопами стали американская орбитальная обсерватория ОАО‑2 (1968) и советский ультрафиолетовый телескоп «Орион‑1» (1971).
Отсутствие атмосферы позволило ученым фиксировать излучения за пределами оптического диапазона и радиоволн. Атмосфера Земли частично поглощает ультрафиолетовые и инфракрасные волны, не пропускает рентгеновское излучение. Поэтому космические телескопы открыли для астрономов новый мир с объектами, ранее ускользавшими от регистрации. К тому же наблюдениям не мешали облака, дневной свет и другие загрязняющие эффекты атмосферы. По большому счету, единственным недостатком космических телескопов осталась их высокая стоимость.
С 1990 года на околоземной орбите вращается оптический телескоп «Хаббл» — совместный проект американского NASA и Европейского космического агентства.
Один из крупнейших и мощнейших космических телескопов современности — инфракрасный «Джеймс Уэбб», находящийся на орбите в окрестности точки Лагранжа L2 системы Солнце — Земля на расстоянии 1,5 млн км от нашей планеты. Он был запущен в 2021 году.
В его создании участвовали 17 стран, в том числе ученые из NASA, Европейского и Канадского космических агентств (ESA и CSA). Строительство телескопа заняло 25 лет и обошлось более чем в $ 10 млрд. Его зеркало имеет диаметр 6,5 метра, а камера способна захватить в 15 раз большее пространство, чем камера «Хаббла».
С помощью «Джеймса Уэбба» уже сделано много удивительных открытий. Так, он зафиксировал две рекордно древние и аномально яркие галактики; таинственный звездный ветер; на расстоянии 9 млрд световых лет нашел «близнеца» Млечного Пути, которого назвали «Бенгальский огонь»; обнаружил тысячи новых звезд в туманности Тарантул, находящейся в 161 тыс. световых лет от Земли; открыл две экзопланеты, по массе и возрасту похожие на Юпитер и Сатурн. А еще этот телескоп называют машиной времени: благодаря инфракрасному оборудованию он может «увидеть» зарождение галактик 13,5 млрд лет назад.
«Обсерватория „Джеймс Уэбб“ известна всем, но работающих космических обсерваторий достаточно много, — говорит член-корреспондент РАН, заместитель директора Института космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) Александр Лутовинов. — Одних только инструментов, работающих в рентгеновском диапазоне, не меньше десятка».
Перечислим ключевые проекты:
В 2027 году планируется запустить космический телескоп «Нэнси Грейс Роман» — эта широкодиапазонная инфракрасная обсерватория должна стать «наследницей» сразу трех миссий: телескопа «Хаббл», инфракрасного телескопа WISE и «Джеймса Уэбба». Задачи обсерватории: получение фотографий экзопланет, изучение темной материи и др.
Как бы высоко ни поднимались телескопы на самолетах, избежать негативных атмосферных эффектов полностью пока не удалось. Идея отправлять их за пределы земной атмосферы обсуждалась в США еще до начала эры космонавтики — в 1940‑х годах. Первыми космическими телескопами стали американская орбитальная обсерватория ОАО‑2 (1968) и советский ультрафиолетовый телескоп «Орион‑1» (1971).
Отсутствие атмосферы позволило ученым фиксировать излучения за пределами оптического диапазона и радиоволн. Атмосфера Земли частично поглощает ультрафиолетовые и инфракрасные волны, не пропускает рентгеновское излучение. Поэтому космические телескопы открыли для астрономов новый мир с объектами, ранее ускользавшими от регистрации. К тому же наблюдениям не мешали облака, дневной свет и другие загрязняющие эффекты атмосферы. По большому счету, единственным недостатком космических телескопов осталась их высокая стоимость.
С 1990 года на околоземной орбите вращается оптический телескоп «Хаббл» — совместный проект американского NASA и Европейского космического агентства.
Один из крупнейших и мощнейших космических телескопов современности — инфракрасный «Джеймс Уэбб», находящийся на орбите в окрестности точки Лагранжа L2 системы Солнце — Земля на расстоянии 1,5 млн км от нашей планеты. Он был запущен в 2021 году.
В его создании участвовали 17 стран, в том числе ученые из NASA, Европейского и Канадского космических агентств (ESA и CSA). Строительство телескопа заняло 25 лет и обошлось более чем в $ 10 млрд. Его зеркало имеет диаметр 6,5 метра, а камера способна захватить в 15 раз большее пространство, чем камера «Хаббла».
С помощью «Джеймса Уэбба» уже сделано много удивительных открытий. Так, он зафиксировал две рекордно древние и аномально яркие галактики; таинственный звездный ветер; на расстоянии 9 млрд световых лет нашел «близнеца» Млечного Пути, которого назвали «Бенгальский огонь»; обнаружил тысячи новых звезд в туманности Тарантул, находящейся в 161 тыс. световых лет от Земли; открыл две экзопланеты, по массе и возрасту похожие на Юпитер и Сатурн. А еще этот телескоп называют машиной времени: благодаря инфракрасному оборудованию он может «увидеть» зарождение галактик 13,5 млрд лет назад.
«Обсерватория „Джеймс Уэбб“ известна всем, но работающих космических обсерваторий достаточно много, — говорит член-корреспондент РАН, заместитель директора Института космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) Александр Лутовинов. — Одних только инструментов, работающих в рентгеновском диапазоне, не меньше десятка».
Перечислим ключевые проекты:
- с 1994 года на борту спутника Wind работает российский «Конус», фиксирующий гамма-всплески;
- с 1999 года действует американская обсерватория «Чандра»;
- с 2002 года летает Международная обсерватория гамма-лучей «Интеграл» (совместный проект Европейского космического агентства, NASA и Роскосмоса);
- с 2004 года — Swift (совместный проект США, Италии и Великобритании), регистрирующий космические гамма-всплески;
- в 2012 году американцы запустили NuSTAR — первый космический телескоп жесткого рентгеновского диапазона, работающий по принципу отражения рентгеновских и гамма-лучей под очень малыми углами к поверхности зеркал;
- в 2017 году Китай запустил в космос свой первый рентгеновский космический телескоп Hard X-ray Modulation Telescope (HXMT), наблюдающий за черными дырами;
- в 2021 году NASA запустило IXPE — обсерваторию, измеряющую рентгеновскую поляризацию излучения от различных объектов в нашей галактике и за ее пределами.
В 2027 году планируется запустить космический телескоп «Нэнси Грейс Роман» — эта широкодиапазонная инфракрасная обсерватория должна стать «наследницей» сразу трех миссий: телескопа «Хаббл», инфракрасного телескопа WISE и «Джеймса Уэбба». Задачи обсерватории: получение фотографий экзопланет, изучение темной материи и др.
Контрольно-доводочный образец российского телескопа ART-XC
Российские «Спектры»
Россия также внесла свой вклад в космическую астрономию. Масштабный проект в этой области — серия спутников «Спектр». Она задумывалась еще в 1980‑х годах в СССР, но была реализована только в 2010‑х. В создании и запуске этих обсерваторий принимали участие ведущие предприятия космической отрасли: НПО им. С. А. Лавочкина (головной разработчик космического аппарата), МОКБ «Марс» (создатель систем управления и навигации), Институт космических исследований РАН, Астрокосмический центр Физического института им. П. Н. Лебедева (АКЦ ФИАН), Институт астрономии РАН (научное руководство и разработка научной аппаратуры обсерваторий), другие крупные отечественные научные и производственные центры, а также зарубежные партнеры.
«Сначала формируется проект технического задания, потом идет процесс согласования основных исходных данных. И только затем стартует разработка системы управления — ее аппаратной и программной частей, — рассказывает один из разработчиков систем управления „Спектров“ Михаил Косинский, заместитель главного конструктора функционального программного обеспечения МОКБ „Марс“, доцент кафедры управления и интеллектуальных технологий НИУ „МЭИ“. — Мы всегда опираемся на уже существующий опыт разработок, но часто приходится реализовывать и уникальные задачи. Например, в случае со „Спектром-РГ“ были особенности, связанные с новыми режимами функционирования: специфический режим вращения аппарата, режим сканирования».
По словам эксперта, работа над проектом может длиться очень долго. Это связано с тем, что задания, которые поставил заказчик космического аппарата, зачастую корректируются. М. Косинский поясняет: «Например, могут заменяться отдельные элементы системы из-за устаревания, снятия с производства или появления более качественных аналогов. Могут меняться задачи проекта или добавляться новые. Поэтому разработка — это нелинейный процесс. В среднем, при отсутствии изменений исходных данных, разработка программного обеспечения для системы управления занимает у нас около двух лет».
Россия также внесла свой вклад в космическую астрономию. Масштабный проект в этой области — серия спутников «Спектр». Она задумывалась еще в 1980‑х годах в СССР, но была реализована только в 2010‑х. В создании и запуске этих обсерваторий принимали участие ведущие предприятия космической отрасли: НПО им. С. А. Лавочкина (головной разработчик космического аппарата), МОКБ «Марс» (создатель систем управления и навигации), Институт космических исследований РАН, Астрокосмический центр Физического института им. П. Н. Лебедева (АКЦ ФИАН), Институт астрономии РАН (научное руководство и разработка научной аппаратуры обсерваторий), другие крупные отечественные научные и производственные центры, а также зарубежные партнеры.
«Сначала формируется проект технического задания, потом идет процесс согласования основных исходных данных. И только затем стартует разработка системы управления — ее аппаратной и программной частей, — рассказывает один из разработчиков систем управления „Спектров“ Михаил Косинский, заместитель главного конструктора функционального программного обеспечения МОКБ „Марс“, доцент кафедры управления и интеллектуальных технологий НИУ „МЭИ“. — Мы всегда опираемся на уже существующий опыт разработок, но часто приходится реализовывать и уникальные задачи. Например, в случае со „Спектром-РГ“ были особенности, связанные с новыми режимами функционирования: специфический режим вращения аппарата, режим сканирования».
По словам эксперта, работа над проектом может длиться очень долго. Это связано с тем, что задания, которые поставил заказчик космического аппарата, зачастую корректируются. М. Косинский поясняет: «Например, могут заменяться отдельные элементы системы из-за устаревания, снятия с производства или появления более качественных аналогов. Могут меняться задачи проекта или добавляться новые. Поэтому разработка — это нелинейный процесс. В среднем, при отсутствии изменений исходных данных, разработка программного обеспечения для системы управления занимает у нас около двух лет».
«Спектр-Р»: внеземная интерферометрия
Космическая орбитальная обсерватория «Спектр-Р» с радиотелескопом была запущена в 2011 году. Это международный проект, объединивший астрофизиков со всего мира: в первые годы работы ученые выстраивались в очередь на сеансы наблюдений «Спектра-Р».
Особенностью проекта было то, что находящийся на «Спектре-Р» телескоп «РадиоАстрон» с 10‑метровым зеркалом работал по принципу интерферометра совместно с наземными радиотелескопами. Их совмещение дало возможность создавать метрические базовые линии длиной до 350 тыс. км, что было бы невозможно на Земле. Это, в свою очередь, дало возможность изучать объекты с беспрецедентно высоким угловым разрешением.
Космическая орбитальная обсерватория «Спектр-Р» с радиотелескопом была запущена в 2011 году. Это международный проект, объединивший астрофизиков со всего мира: в первые годы работы ученые выстраивались в очередь на сеансы наблюдений «Спектра-Р».
Особенностью проекта было то, что находящийся на «Спектре-Р» телескоп «РадиоАстрон» с 10‑метровым зеркалом работал по принципу интерферометра совместно с наземными радиотелескопами. Их совмещение дало возможность создавать метрические базовые линии длиной до 350 тыс. км, что было бы невозможно на Земле. Это, в свою очередь, дало возможность изучать объекты с беспрецедентно высоким угловым разрешением.
Уникальный «РадиоАстрон»
Научные задачи и объекты изучения «РадиоАстрона»
- галактические ядра (сверхмассивные черные дыры, горизонт событий, ускорение частиц, магнитные поля, космические лучи, сверхсветовые движения и т. п.);
- космология, темная материя, темная энергия;
- черные дыры звездных масс и нейтронные звезды;
- межзвездная и межпланетная среда;
- фундаментальная астрометрия и построение высокоточной астрономической координатной системы;
- построение высокоточной модели гравитационного поля Земли.
Телескоп «РадиоАстрон» создавался в сотрудничестве Астрокосмического центра (АКЦ) ФИАН и НПО им. С. А. Лавочкина.
За время своей работы «РадиоАстрон» помог сделать ряд важных открытий в сфере астрофизики. Например, был выявлен эффект рассеивания излучения в межзвездной среде (так называемая субструктура рассеяния), что позволило обнаружить пульсары — вращающиеся нейтронные звезды, излучающие волны в различных диапазонах. Изучение яркости квазаров — активных ядер галактик, считающихся самыми яркими объектами в космосе, — позволило скорректировать представления о них. Ученым удалось изучить внутреннюю структуру выбросов активных галактик, были проведены другие важные исследования.
9 января 2019 года был проведен последний сеанс связи со «Спектром-Р», а 5 февраля от него был получен последний сигнал. В мае того же года было принято решение о завершении миссии аппарата, так как возобновить с ним связь больше не удалось. «„Спектр-Р“ в какой-то момент перестал принимать команды и отправлять телеметрию в центр управления, — рассказывает М. Косинский. — Дальнейшие исследования показали, что перестала функционировать бортовая аппаратура командно-измерительной системы. Бортовой комплекс управления нашей разработки продолжил некоторое время работать автономно, и даже продолжили передаваться научные данные, потому что возможность функционирования без связи с Землей нами предусматривалась. Однако телеметрия, к сожалению, уже не отправлялась».
Тем не менее «Спектр-Р» в 2,5 раза превысил заданный по техническому заданию ресурс функционирования — это выдающееся достижение.
За время своей работы «РадиоАстрон» помог сделать ряд важных открытий в сфере астрофизики. Например, был выявлен эффект рассеивания излучения в межзвездной среде (так называемая субструктура рассеяния), что позволило обнаружить пульсары — вращающиеся нейтронные звезды, излучающие волны в различных диапазонах. Изучение яркости квазаров — активных ядер галактик, считающихся самыми яркими объектами в космосе, — позволило скорректировать представления о них. Ученым удалось изучить внутреннюю структуру выбросов активных галактик, были проведены другие важные исследования.
9 января 2019 года был проведен последний сеанс связи со «Спектром-Р», а 5 февраля от него был получен последний сигнал. В мае того же года было принято решение о завершении миссии аппарата, так как возобновить с ним связь больше не удалось. «„Спектр-Р“ в какой-то момент перестал принимать команды и отправлять телеметрию в центр управления, — рассказывает М. Косинский. — Дальнейшие исследования показали, что перестала функционировать бортовая аппаратура командно-измерительной системы. Бортовой комплекс управления нашей разработки продолжил некоторое время работать автономно, и даже продолжили передаваться научные данные, потому что возможность функционирования без связи с Землей нами предусматривалась. Однако телеметрия, к сожалению, уже не отправлялась».
Тем не менее «Спектр-Р» в 2,5 раза превысил заданный по техническому заданию ресурс функционирования — это выдающееся достижение.
Обзор небесной сферы, выполненный астрофизической обсерваторией «Спектр-РГ»
«Спектр-РГ»: рентгеновский луч в зеркалах
13 июля 2019 года была запущена новая российская космическая обсерватория «Спектр-РГ». На ее борту находятся два телескопа, работающих в рентгеновском диапазоне: немецкий eROSITA и российский ART-XC им. М. Н. Павлинского.
ART-XC, созданный в ИКИ РАН под руководством Михаила Павлинского, — это рентгеновский телескоп, работающий в жестком диапазоне излучения. Он может улавливать рентгеновские фотоны высокой энергии в диапазоне энергий 4−30 кэВ. Телескоп использует так называемые зеркала скользящего падения. Он имеет семь одинаковых зеркальных модулей, каждый из которых включает 28 никель-кобальтовых зеркал-оболочек. Рентгеновские лучи имеют высокую проникающую способность, они могут отражаться только под очень малыми углами (от 1° до 1,5°). Если фотоны падают на зеркало под бо́льшими углами, то они проходят через поверхность насквозь или поглощаются. Поэтому в рентгеновских телескопах используют зеркала косого падения, обеспечивающие очень маленький угол отражения. В зеркальной системе ART-XC фокусировка плоско-параллельного пучка фотонов производится при последовательном отражении на параболическом и гиперболическом зеркальном профилях, известных как оптика Вольтер-I.
«Представьте себе озеро, по которому вы хотите запустить плоский камешек — "блинчик», — рассказывает А. Лутовинов. — Если поверхность воды гладкая, ваш «блинчик» полетит далеко. Если будет рябь — ничего не выйдет. Фотон — тот же «блинчик»: для того чтобы он дошел до детекторов, ему нужна идеально гладкая поверхность. Поэтому форма профиля наших зеркал выдержана с точностью до нескольких микронов. А отполировать поверхность зеркал нужно с точностью до нескольких ангстремов. То есть шероховатость зеркала — порядка диаметра атома! Создание таких зеркал — чрезвычайно сложная технология, в мире ею владеют всего несколько лабораторий. В нашей стране до начала работы над ART-XC такой технологии не было. Теперь есть — такие зеркала делают в саровском РФЯЦ-ВНИИЭФ".
13 июля 2019 года была запущена новая российская космическая обсерватория «Спектр-РГ». На ее борту находятся два телескопа, работающих в рентгеновском диапазоне: немецкий eROSITA и российский ART-XC им. М. Н. Павлинского.
ART-XC, созданный в ИКИ РАН под руководством Михаила Павлинского, — это рентгеновский телескоп, работающий в жестком диапазоне излучения. Он может улавливать рентгеновские фотоны высокой энергии в диапазоне энергий 4−30 кэВ. Телескоп использует так называемые зеркала скользящего падения. Он имеет семь одинаковых зеркальных модулей, каждый из которых включает 28 никель-кобальтовых зеркал-оболочек. Рентгеновские лучи имеют высокую проникающую способность, они могут отражаться только под очень малыми углами (от 1° до 1,5°). Если фотоны падают на зеркало под бо́льшими углами, то они проходят через поверхность насквозь или поглощаются. Поэтому в рентгеновских телескопах используют зеркала косого падения, обеспечивающие очень маленький угол отражения. В зеркальной системе ART-XC фокусировка плоско-параллельного пучка фотонов производится при последовательном отражении на параболическом и гиперболическом зеркальном профилях, известных как оптика Вольтер-I.
«Представьте себе озеро, по которому вы хотите запустить плоский камешек — "блинчик», — рассказывает А. Лутовинов. — Если поверхность воды гладкая, ваш «блинчик» полетит далеко. Если будет рябь — ничего не выйдет. Фотон — тот же «блинчик»: для того чтобы он дошел до детекторов, ему нужна идеально гладкая поверхность. Поэтому форма профиля наших зеркал выдержана с точностью до нескольких микронов. А отполировать поверхность зеркал нужно с точностью до нескольких ангстремов. То есть шероховатость зеркала — порядка диаметра атома! Создание таких зеркал — чрезвычайно сложная технология, в мире ею владеют всего несколько лабораторий. В нашей стране до начала работы над ART-XC такой технологии не было. Теперь есть — такие зеркала делают в саровском РФЯЦ-ВНИИЭФ".
Александр Лутовинов демонстрирует одну из семи зеркальных систем российского телескопа ART-XC в музее Института космических исследований РАН
Зеркальные системы опытного образца телескопа для конструкторско-доводочных испытаний (КДИ) созданы российскими учеными в РФЯЦ-ВНИИЭФ. А зеркала для телескопа, полетевшего в космос, изготовлены в американском Центре космических полетов им. Д. Маршалла (MSFC). «В процессе работы над проектом у нас возникли опасения, что к моменту запуска мы не успеем сделать зеркала для всех образцов телескопа. Повторюсь, технология сложнейшая, зарубежные коллеги разрабатывали ее не один десяток лет, процесс изготовления длительный. Договорились, что MSFC также изготовит зеркала по нашим чертежам. Это сильно сократило время изготовления телескопа. А в образец для КДИ поставили наши зеркала, и этот образец успешно прошел на Земле все испытания. В дальнейших проектах будем использовать зеркала отечественного производства, изготовленные по уже апробированной технологии», — говорит А. Лутовинов.
Но поймать фотоны мало — нужно их зарегистрировать. На расстоянии 2,7 метра от зеркал в фокальной плоскости находится блок детекторов — разработка ИКИ РАН. С помощью этих детекторов можно строить рентгеновские изображения с учетом энергии фотонов (длины волны, аналогично цвету в оптике).
Телескоп eROSITA, созданный в немецком Институте внеземной физики им. М. Планка (MPE) в кооперации с другими странами Евросоюза, предназначен для съемки неба в более мягком диапазоне рентгеновского излучения — 0,2−8 кэВ.
Но разве нельзя было совместить оба рентгеновских диапазона — и жесткий, и мягкий — в одном телескопе? Как нам объяснили в ИКИ РАН, хоть телескопы и устроены по одному принципу (в обоих используются зеркала скользящего падения), однако конструкции зеркал различны. Для того чтобы можно было фиксировать как мягкое, так и жесткое рентгеновское излучение, необходимо огромное количество совершенно разных зеркал. А это сделало бы телескоп значительно более сложным и дорогим.
Но поймать фотоны мало — нужно их зарегистрировать. На расстоянии 2,7 метра от зеркал в фокальной плоскости находится блок детекторов — разработка ИКИ РАН. С помощью этих детекторов можно строить рентгеновские изображения с учетом энергии фотонов (длины волны, аналогично цвету в оптике).
Телескоп eROSITA, созданный в немецком Институте внеземной физики им. М. Планка (MPE) в кооперации с другими странами Евросоюза, предназначен для съемки неба в более мягком диапазоне рентгеновского излучения — 0,2−8 кэВ.
Но разве нельзя было совместить оба рентгеновских диапазона — и жесткий, и мягкий — в одном телескопе? Как нам объяснили в ИКИ РАН, хоть телескопы и устроены по одному принципу (в обоих используются зеркала скользящего падения), однако конструкции зеркал различны. Для того чтобы можно было фиксировать как мягкое, так и жесткое рентгеновское излучение, необходимо огромное количество совершенно разных зеркал. А это сделало бы телескоп значительно более сложным и дорогим.
«Спектр-Рентген-Гамма» («Спектр-РГ», СРГ, Spektr-RG, SRG) — космическая астрофизическая обсерватория для исследования Вселенной в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения
Телескопы в составе «Спектра-РГ» призваны дополнять друг друга. Согласно первоначальной программе исследования, обсерватория должна была выполнить за шесть с половиной лет восемь обзоров звездного неба для создания его карт в рентгеновском диапазоне, а также провести сканирование и наблюдения за наиболее интересными космическими объектами (например, вспыхивающими сверхновыми звездами).
Однако 26 февраля 2022 года немецкая сторона по политическим соображениям приостановила свое участие в проекте и перевела eROSITA в спящий режим. К этому времени телескопы уже выполнили несколько обзоров звездного неба и показали прекрасные результаты.
В сложившейся ситуации российская сторона пересмотрела программу научных наблюдений. Было решено провести глубокий обзор нашей Галактики, исследовать значительное количество конкретных объектов, после чего продолжить обзоры звездного неба.
По словам А. Лутовинова, после отключения немецкого телескопа эффективность ART-XC повысилась: «Разработанная программа наблюдения, естественно, учитывала научные интересы обеих сторон и накладывала на оба телескопа определенные ограничения. Например, eROSITA не может смотреть на яркие источники — электроника просто не успевает обрабатывать все поступающие фотоны. А ART-XC, в силу технических особенностей, может», — объясняет А. Лутовинов. Кроме того, теперь можно быстрее принимать оперативные решения, если возникает необходимость срочно навести телескоп на новый объект. При этом немецкий телескоп поддерживается полностью в рабочем состоянии.
«Спектр-РГ» — первый в истории отечественной космонавтики аппарат, выведенный на орбиту в точку Лагранжа L2 на расстоянии 1,5 млн км от нашей планеты. Такое местоположение дает аппарату возможность стабильного наблюдения за звездным небом в режиме вращения при сохранении ориентации относительно Солнца и Земли.
Однако 26 февраля 2022 года немецкая сторона по политическим соображениям приостановила свое участие в проекте и перевела eROSITA в спящий режим. К этому времени телескопы уже выполнили несколько обзоров звездного неба и показали прекрасные результаты.
В сложившейся ситуации российская сторона пересмотрела программу научных наблюдений. Было решено провести глубокий обзор нашей Галактики, исследовать значительное количество конкретных объектов, после чего продолжить обзоры звездного неба.
По словам А. Лутовинова, после отключения немецкого телескопа эффективность ART-XC повысилась: «Разработанная программа наблюдения, естественно, учитывала научные интересы обеих сторон и накладывала на оба телескопа определенные ограничения. Например, eROSITA не может смотреть на яркие источники — электроника просто не успевает обрабатывать все поступающие фотоны. А ART-XC, в силу технических особенностей, может», — объясняет А. Лутовинов. Кроме того, теперь можно быстрее принимать оперативные решения, если возникает необходимость срочно навести телескоп на новый объект. При этом немецкий телескоп поддерживается полностью в рабочем состоянии.
«Спектр-РГ» — первый в истории отечественной космонавтики аппарат, выведенный на орбиту в точку Лагранжа L2 на расстоянии 1,5 млн км от нашей планеты. Такое местоположение дает аппарату возможность стабильного наблюдения за звездным небом в режиме вращения при сохранении ориентации относительно Солнца и Земли.
Космический аппарат «Спектр-РГ» в лаборатории НПО им. С. А. Лавочкина
За пять лет работы на орбите «Спектр-РГ» внес очень важный вклад в развитие астрономии и астрофизики. К примеру, в 2020 году обсерватория смогла зафиксировать уникальное приливное разрушение звезды сверхмассивной черной дырой в одной из далеких галактик: гравитационные силы черной дыры разорвали звезду, пролетавшую рядом с ней.
В том же году с помощью «Спектра-РГ» ученые обнаружили самую яркую «космическую корову» — крупную, быстро расширяющуюся вспышку сверхновой. В отличие от обычных сверхновых, «коровы» не скрыты веществом от наблюдения. Поэтому исследователи могут свободно наблюдать рождение нейтронных звезд и черных дыр.
В 2021 году «Спектр-РГ» зафиксировал гигантский источник рентгеновского излучения — предположительно остаток термоядерной сверхновой, взорвавшейся приблизительно 40 тыс. лет назад. Обсерватория уже обнаружила миллионы квазаров, десятки тысяч скоплений массивных галактик и сотни тысяч звезд Млечного Пути. Но главный результат, которогой ждут от проекта, — составление детальной карты звездного неба в рентгеновском диапазоне.
Проектный срок окончания работы обсерватории — 2026 год. Но его создатели надеются, что «Спектр-РГ» проработает дольше запланированного времени, как и ее предшественница.
Для надежной работы аппаратуры и программного обеспечения в космическом аппарате предусмотрена специальная защита.
В том же году с помощью «Спектра-РГ» ученые обнаружили самую яркую «космическую корову» — крупную, быстро расширяющуюся вспышку сверхновой. В отличие от обычных сверхновых, «коровы» не скрыты веществом от наблюдения. Поэтому исследователи могут свободно наблюдать рождение нейтронных звезд и черных дыр.
В 2021 году «Спектр-РГ» зафиксировал гигантский источник рентгеновского излучения — предположительно остаток термоядерной сверхновой, взорвавшейся приблизительно 40 тыс. лет назад. Обсерватория уже обнаружила миллионы квазаров, десятки тысяч скоплений массивных галактик и сотни тысяч звезд Млечного Пути. Но главный результат, которогой ждут от проекта, — составление детальной карты звездного неба в рентгеновском диапазоне.
Проектный срок окончания работы обсерватории — 2026 год. Но его создатели надеются, что «Спектр-РГ» проработает дольше запланированного времени, как и ее предшественница.
Для надежной работы аппаратуры и программного обеспечения в космическом аппарате предусмотрена специальная защита.
Резервирование как гарантия надежности
Заместитель главного конструктора функционального программного обеспечения МОКБ «Марс» Михаил Косинский:
«Всё ключевое оборудование бортового комплекса оборудования «Спектра-РГ» резервируется. Прежде всего, используется аппаратное резервирование. Например, бортовой вычислитель состоит из четырех одинаковых компьютеров. Они взаимозаменяемы: несколько компьютеров одновременно обрабатывают одни и те же данные. В случае сбоя одного из них он автоматически выявляется и заменяется на резервный. Такой подход исключает использование для управления искаженных результатов расчета.
Специальные способы контроля позволяют автоматически переходить с одного устройства на другое в случае возникновения неисправности. Так, есть резервирование у двигателей-маховиков, двигателей стабилизации. Если отказал один из них, задействуется другой из резерва.
Тот же принцип применяется и для измерительных устройств на борту. Некоторые разнотипные приборы могут функционально друг друга заменять. Например, если гироскопический измеритель выходит из строя, его функции выполняет звездный датчик.
В программном обеспечении также применяется резервирование — в частности, дублирование и даже троирование особо важных данных. Это позволяет не допускать использования в работе некорректной информации и исправлять возможные искажения по данным резервной копии.
«Всё ключевое оборудование бортового комплекса оборудования «Спектра-РГ» резервируется. Прежде всего, используется аппаратное резервирование. Например, бортовой вычислитель состоит из четырех одинаковых компьютеров. Они взаимозаменяемы: несколько компьютеров одновременно обрабатывают одни и те же данные. В случае сбоя одного из них он автоматически выявляется и заменяется на резервный. Такой подход исключает использование для управления искаженных результатов расчета.
Специальные способы контроля позволяют автоматически переходить с одного устройства на другое в случае возникновения неисправности. Так, есть резервирование у двигателей-маховиков, двигателей стабилизации. Если отказал один из них, задействуется другой из резерва.
Тот же принцип применяется и для измерительных устройств на борту. Некоторые разнотипные приборы могут функционально друг друга заменять. Например, если гироскопический измеритель выходит из строя, его функции выполняет звездный датчик.
В программном обеспечении также применяется резервирование — в частности, дублирование и даже троирование особо важных данных. Это позволяет не допускать использования в работе некорректной информации и исправлять возможные искажения по данным резервной копии.
Испытания на прочность
Прежде чем телескоп займет свое место на орбите, его ждет долгий и сложный путь: сборка всех компонентов космического аппарата, наземные испытания аппарата в целом, доставка к месту запуска и, наконец, сам запуск. Поэтому вместе с телескопом, который полетит в космос (так называемый летный образец), изготавливается его точная копия. Ей предстоит пройти многочисленные квалификационные испытания:
Только при условии успешного прохождения всех испытаний на опытном образце летный образец прибора считается годным к использованию в космосе.
- механические факторы (вибрация, удары, ускорения);
- климатические факторы (температуры, влажность, давление);
- электромагнитная совместимость;
- специфические воздействия (например, радиация);
- термовакуумные и другие испытания.
Только при условии успешного прохождения всех испытаний на опытном образце летный образец прибора считается годным к использованию в космосе.
От рентгеновского — к ультрафиолетовому и дальше
Третий аппарат серии «Спектр» — "Спектр-УФ". Главным его прибором станет телескоп Т‑170М, работающий в ультрафиолетовом диапазоне и оснащенный спектрографами и приемниками УФ-излучения. Аппаратура предназначена для изучения космоса в ультрафиолетовом диапазоне, недоступном для наблюдения с поверхности Земли. «Спектр-УФ» должен вращаться вокруг нашей планеты на расстоянии 35,8 тыс. км от ее поверхности и проработать не менее пяти лет. С помощью обсерватории ученые смогут изучать физические процессы в ранней Вселенной, образование звезд, эволюцию галактик, процессы падения вещества в черные дыры, атмосферы планет и экзопланет и кометы.
«Спектр-УФ» планировали запустить еще в 2016 году, но его старт несколько раз переносился из-за технических и финансовых проблем.
Проект начинался как международный: в нем принимали участие Великобритания и Испания, к нему проявляли интерес Япония и Мексика. Однако в процессе создания «Спектра-УФ» возникло много сложностей. В 2014 году партнеры из Великобритании не смогли поставить в срок детали для телескопа. Тогда эту проблему удалось решить. Но в 2022 году получение комплектующих от иностранных участников стало практически невозможным, поэтому российская сторона нашла варианты замещения импортных деталей. В 2023 году заместитель директора Института астрономии РАН Михаил Сачков заявил СМИ, что все технические проблемы проекта «Спектр-УФ» решены. О своей импортонезависимости говорят и в МОКБ «Марс». «От импортных изделий мы в нашей работе сейчас уже не зависим: для компонентов бортового комплекса управления удалось своевременно найти замену отечественного производства, — рассказал М. Косинский. — Отечественные поставщики снабжают нас двигателями-маховиками, измерительными приборами и т. д. Каждое такое изделие уникально, ведь оно учитывает требования конкретного проекта. Изготовители также присылают нам модели устройств или их математические описания, чтобы мы могли учесть их характеристики при разработке системы управления и проверить ее работу на Земле до запуска аппарата».
Сейчас в качестве срока запуска «Спектра-УФ» называют 2030 год.
Продолжением серии «Спектров» должен стать «Миллиметрон». Локация — точка Лагранжа L2. Эта обсерватория будет работать в миллиметровом и инфракрасном диапазонах волн (длина волны от 20 мкм до 20 мм) и обладать сверхвысоким угловым разрешением — до десятков миллиардных долей угловой секунды.
Сердцем «Миллиметрона» станет криогенный телескоп с диаметром зеркала 10 метров. Чтобы достичь максимальной чувствительности, главное зеркало и основная аппаратура будут охлаждаться до сверхнизких температур (до -269 °C, то есть всего на 4° выше абсолютного нуля). Для этого зеркало будет защищаться системой теплозащитных экранов, а охлаждать его поверхность будет бортовая криогенная машина.
Телескоп сможет работать как самостоятельно, так и по принципу интерферометра с наземными телескопами. Зеркало «Миллиметрона» будет изготовлено из композитов и состоять из 96 сегментов. «Миллиметрон» будет изучать черные дыры и происходящие в них процессы, исследовать формирование звезд и экзопланет, а также природу темной энергии.
Открытия, сделанные с помощью обсерваторий, —огромный вклад в копилку знаний человечества об устройстве Вселенной. Но у таких проектов есть и практическое значение, говорит А. Лутовинов: «Параллельно мы развиваем прикладные технологии, которые потом широко используются в разных областях: промышленности, медицине, производстве современных гаджетов. То есть „высокие“ технологии мы в буквальном смысле опускаем на Землю».
Третий аппарат серии «Спектр» — "Спектр-УФ". Главным его прибором станет телескоп Т‑170М, работающий в ультрафиолетовом диапазоне и оснащенный спектрографами и приемниками УФ-излучения. Аппаратура предназначена для изучения космоса в ультрафиолетовом диапазоне, недоступном для наблюдения с поверхности Земли. «Спектр-УФ» должен вращаться вокруг нашей планеты на расстоянии 35,8 тыс. км от ее поверхности и проработать не менее пяти лет. С помощью обсерватории ученые смогут изучать физические процессы в ранней Вселенной, образование звезд, эволюцию галактик, процессы падения вещества в черные дыры, атмосферы планет и экзопланет и кометы.
«Спектр-УФ» планировали запустить еще в 2016 году, но его старт несколько раз переносился из-за технических и финансовых проблем.
Проект начинался как международный: в нем принимали участие Великобритания и Испания, к нему проявляли интерес Япония и Мексика. Однако в процессе создания «Спектра-УФ» возникло много сложностей. В 2014 году партнеры из Великобритании не смогли поставить в срок детали для телескопа. Тогда эту проблему удалось решить. Но в 2022 году получение комплектующих от иностранных участников стало практически невозможным, поэтому российская сторона нашла варианты замещения импортных деталей. В 2023 году заместитель директора Института астрономии РАН Михаил Сачков заявил СМИ, что все технические проблемы проекта «Спектр-УФ» решены. О своей импортонезависимости говорят и в МОКБ «Марс». «От импортных изделий мы в нашей работе сейчас уже не зависим: для компонентов бортового комплекса управления удалось своевременно найти замену отечественного производства, — рассказал М. Косинский. — Отечественные поставщики снабжают нас двигателями-маховиками, измерительными приборами и т. д. Каждое такое изделие уникально, ведь оно учитывает требования конкретного проекта. Изготовители также присылают нам модели устройств или их математические описания, чтобы мы могли учесть их характеристики при разработке системы управления и проверить ее работу на Земле до запуска аппарата».
Сейчас в качестве срока запуска «Спектра-УФ» называют 2030 год.
Продолжением серии «Спектров» должен стать «Миллиметрон». Локация — точка Лагранжа L2. Эта обсерватория будет работать в миллиметровом и инфракрасном диапазонах волн (длина волны от 20 мкм до 20 мм) и обладать сверхвысоким угловым разрешением — до десятков миллиардных долей угловой секунды.
Сердцем «Миллиметрона» станет криогенный телескоп с диаметром зеркала 10 метров. Чтобы достичь максимальной чувствительности, главное зеркало и основная аппаратура будут охлаждаться до сверхнизких температур (до -269 °C, то есть всего на 4° выше абсолютного нуля). Для этого зеркало будет защищаться системой теплозащитных экранов, а охлаждать его поверхность будет бортовая криогенная машина.
Телескоп сможет работать как самостоятельно, так и по принципу интерферометра с наземными телескопами. Зеркало «Миллиметрона» будет изготовлено из композитов и состоять из 96 сегментов. «Миллиметрон» будет изучать черные дыры и происходящие в них процессы, исследовать формирование звезд и экзопланет, а также природу темной энергии.
Открытия, сделанные с помощью обсерваторий, —огромный вклад в копилку знаний человечества об устройстве Вселенной. Но у таких проектов есть и практическое значение, говорит А. Лутовинов: «Параллельно мы развиваем прикладные технологии, которые потом широко используются в разных областях: промышленности, медицине, производстве современных гаджетов. То есть „высокие“ технологии мы в буквальном смысле опускаем на Землю».
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ