Проект «радиоастрон» – все о космосе

Персональный сайт – Радиоастрон

Общие сведения о проекте “Радиоастрон”

   Орбитальная астрофизическая обсерватория “Спектр-Р” образует совместно с земными радиотелескопами радиоинтерферометр со сверхбольшой базой и предназначена для проведения фундаментальных астрофизических исследований в радиодиапазоне электромагнитного спектра.

Международный проект Радиоастрон предусматривает запуск космического 10-метрового радиотелескопа на высоко апогейную орбиту спутника Земли.

Цель проекта состоит в том, чтобы создать совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов единую систему наземно-космического интерферометра для получения изображений, координат и угловых перемещений различных объектов Вселенной с исключительно высоким разрешением.

    Орбита спутника Радиоастрон имеет радиус апогея до 350 тысяч километров. Интерферометр при таких базах обеспечит информацию о морфологических характеристиках и координатах галактических и внегалактических радиоисточников с шириной интерференционных лепестков до 8 микросекунд дуги для самой короткой длины волны проекта 1.35 см.

Программа Радиоастрон, разработанная Астрокосмическим центром (АКЦ) Физического института им. П.Н.Лебедева Российской академии наук совместно с другими институтами РАН и организациями Федерального космического агентства (Роскосмос), расширилась в глобальное международное сотрудничество.

Ученые нескольких стран создали часть бортовых научных приборов, специальные телеметрические станции и центры обработки, составили научную программу и подготовили участие в проекте Радиоастрон крупнейших наземных радиотелескопов. При этом Россия создала спутник, антенну космического радиотелескопа и часть бортовых приборов.

Космический аппарат и конструкция космического радиотелескопа разработаны в НПО им. С.А.Лавочкина.

Цель миссии “Радиоастрон”

Главная научная цель миссии – исследование астрономических объектов различных типов с беспрецедентным разрешением до миллионных долей угловой секунды. Разрешение, достигнутое с помощью Радиоастрона, позволит, в принципе, изучать такие явления и проблемы как:

  • центральная машина активных галактических ядер (АГЯ) около сверхмассивных черных дыр, обеспечивающая механизм ускорения космических лучей – форма, размеры, скорость и ускорение излучающей области ядра, спектр и поляризация излучения деталей и их переменность;
  • космологическая модель, темная материя и энергия по зависимости перечисленных выше параметров АГЯ от красного смещения, а также по наблюдению их через гравитационные линзы;
  • строение и динамика областей звездообразования в нашей Галактике и АГЯ по мазерному и мегамазерному излучению;
  • нейтронные (кварковые) звезды и черные дыры в нашей Галактике – структура по РСДБ наблюдениям и по измерениям флуктуации функции видности, собственные движения и параллаксы;
  • структура и распределение межзвездной и межпланетной плазмы по флуктуациям функции видности пульсаров;
  • построение высокоточной астрономической координатной системы;
  • построение высокоточной модели гравитационного поля Земли.
Общий вид космического аппарата “Спектр-Р” на орбите

Основные характеристики КА “Спектр-Р”

  • Масса КА – 3800 кг, в т.ч. масса модуля полезной нагрузки – 2500 кг
  • Мощность СЭС – 2400 Вт, при этом доля полезной нагрузки – 1200Вт
  • Точность наведения КА – 32 угл.сек
  • Ориентация КА – трехосная, прецизионная. Ошибка стабилизации – 2,5 угл.сек
  • Срок активного существования – 5 лет
  • Максимальная скорость разворотов >0,1 град/с
  • Скорость дрейфа при стабилизации 0,36 угл.сек /с
  • Точность знания ориентации 0,02 градуса

Схема эксперимента

Разрешение интерферометра прямо пропорционально времени наблюдения и длине базы интерферометра. При наблюдении с Земли база интерферометра ограничена диаметром Земли, а время наблюдения измеряется часами и ограничивается вращением планеты и выходом одного из телескопов из поля зрения.

В проекте “Радиоастрон” применение радиотелескопа на высокоэллиптической орбите позволяет получить интерферометр у которого время наблюдения соизмеримо с периодом обращения, а длина базы интерферометра – с диаметром орбиты.

Интерферометр при таких базах обеспечит информацию о морфологических характеристиках и координатах галактических и внегалактических радиоисточников с шириной интерференционных лепестков до 33 микросекунд и даже до 8 микросекунд дуги для самой короткой длины волны проекта 1,35 см.

В качестве наземного плеча интерферометра могут использоваться радиотелескопы Медвежьи Озёра, Калязин, Аресибо, Бонн, Евпатория, Мадрид и другие.

Для сопровождения миссии готовятся наземные станции слежения ВИРК: в России – Пущино (АКЦ ФИАН) и две станции за рубежом.

Станции слежения обеспечивают выполнение следующих функций:

  • приём цифрового потока научных и служебных данных;
  • синхронизацию работы бортовой научной аппаратуры космического аппарата от наземного водородного стандарта чистоты (путем передачи на борт КА сигнала частотой 7,2075 ГГц и приема обратного сигнала на частоте 8,400 ГГц);
  • для баллистической поддержки по определению положения космического аппарата на орбите.

Предприятия и организации – участники создания космического аппарата “Спектр-Р”

Космическая платформа “Навигатор”

Комплекс научной аппаратуры

Состав и основные характеристики

космического радиотелескопа

Зеркальная антенна космического радиотелескопа диаметром 10 м изготовлена из композиционного материала (углепласт-алюминиевые соты-углепласт) и состоит из 27 раскрывающихся лепестков и центрального зеркала диаметром 3 м. Отношение фокусного расстояния к диаметру 0.43 и максимальные отклонения поверхности зеркала от идеальной не более 2 мм. Диапазоны приемников 0.324, 1.66, 4.83 и 18.4-25.1 ГГц.

Кольцевой 4-х диапазонный облучатель в фокусе КРТ обеспечивает возможность одновременного наблюдения на двух частотах или в двух круговых поляризациях.

Все частоты комплекса КРТ синхронизованы с высокостабильными опорными сигналами, передаваемыми наземными станциями слежения, которые оборудованы водородными стандартами частоты.

Спутник располагает также собственными бортовыми рубидиевым и водородным стандартами частоты для независимой синхронизации частоты и радиометрического режима.

Малошумящие усилители диапазонов L, С и К расположены вне герметичного контейнера и охлаждаются до температуры (100-150) К с помощью бортовой радиационной системы охлаждения. Малошумящий усилитель для Р-диапазона расположен внутри термоконтейнера и работает при температуре приблизительно 300 К.

Приемник каждого диапазона имеет два канала: один для левой и один для правой круговой поляризации. При спектральных исследованиях центральная частота К-диапазона может настраиваться на любое значение в окнах 21160-21288 и 22136-22232 МГц (для двух поляризаций).

Это делается для наблюдений спектральных линий Н20 мазеров с учетом красного смещения (разброс по скоростям от -300 до +1300 км/с и от +12700 до +14500 км/с).

Форматер КРТ обеспечивает однобитное квантование данных и четыре наблюдательных режима.

Диапазон Р L С К
Центральная частота (МГц) 327 1665 4830 18392- 25112
Ширина регистрируемой полосы (МГц) (для каждой поляризации) 4 32 32 32
Шумовая температура системы (К) 70 50 50 60
Эффективность антенны 0.3 0.5 0.5 0.3
Чувствительность КРТ (Ян) 8200 3500 3500 7000

Состав и основные характеристики космического радиотелескопа

Высокоинформативный научный радиокомплекс

Максимальная скорость формирования научных данных 128 МБит/с при общей скорости в 144 МБит/с. Передача данных обеспечивается на частоте 15,000 ГГц. Исходящий поток данных разбит на кадры в 20000 байт длиной. Система ВИРК обеспечивает также двухстороннюю когерентную связь для передачи фазы на частоте 7,207500 ГГц вверх и 8,400 ГГц вниз. Опорный сигнал для КРТ обеспечивается водородным мазером на станции слежения, куда передаются также расчетные навигационные данные.

Радиоэлектронный комплекс

Радиоэлектронный комплекс состоит из следующих составных частей:

Научный контейнер – ФГУП “НПО им. С.А. Лавочкина”;

Фокальный контейнер – ФГУП “НПО им. С.А. Лавочкина”;

Бортовые водородные стандарты частоты – ЗАО “Время-Ч”, Нижний Новгород;

Радиоэлектронный комплекс

Фокальный модуль

Фокальный модуль состоит из фокального контейнера и фокального узла.

В состав фокального модуля входят:

  • малошумящий усилитель диапазона 92 см. ОАО КБ “Горизонт”, Нижний Новгород;
  • малошумящий усилитель диапазона 1,35 см. ФГУП ОКБ ИРЭ РАН;
  • малошумящий усилитель диапазона 6см. ФГУП ОКБ ИРЭ РАН;
  • малошумящий усилитель диапазона 18см. CSIRO – Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, Австралия;
  • конструкция контейнера, СОТР – “холодная плита”, БКС – ФГУП “НПО им. С.А. Лавочкина”

Радиоэлектронный комплекс

Научный контейнер

Научный контейнер состоит из следующих составных частей:- бортовые рубидиевые стандарты частоты. Обсерватории Ношатель, Швейцария- формирователь гетеродинных и тактовых сигналов. ЗАО НПП “Салют-27”, Нижний Новгород- преобразователи сигналов. ФГУП ОКБ ИРЭ РАН- блок управления и анализа состояния. ОАО “ОКБ AAЛAM” Бишкек, Киргызстан- конструкция контейнера, СОТР, БКС – ФГУП “НПО им. С.А. Лавочкина”

Новые технические решения, применённые при разработке

космического аппарата «Спектр-Р»

При создании космического аппарата “Эпектро-Л” использован огромный опыт и преемственность научно-технических разработок, которые были успешно реализованы в других темах НПО имени С.А.Лавочкина. Все вновь разработанные решения прошли полный цикл наземной отработки.

КА построен по модульному принципу в негерметичном исполнении. В НПО имени С.А.Лавочкина разработана унифицированная космическая платформа “Навигатор”, которая в настоящее время используется для космических аппаратов “Электро-Л”, “Спектр-Р”, “Спектр-РГ”, “Спектр-УФ”и других.

Применены сотовые панели со встроенными тепловыми трубами, как несущего конструктивного элемента, используемого для размещения бортовой аппаратуры.
Конструкция космического радиотелескопа, состоящая из 27-ми лепестков поистине уникальна. Лепестки представляют собой углепластиковую трёхслойную сотовую конструкцию. Наземная отработка раскрытия КРТ потребовала применения оригинальных технических решений.
Для запуска космического аппарата использован разгонный блок “Фрегат-СБ”, позволивший оптимизировать средства выведения КА на высокоапогейную орбиту.
Читайте также:  Наблюдения за солнцем в режиме реального времени - все о космосе

Комплексная программа экспериментальной отработки

космического аппарата «Спектр-Р»

При создании космического аппарата был выполнен весь объём комплексной программы экспериментальной отработки, подтверждающей его работоспособность. При этом отрабатывались как отдельные агрегаты (более 100 наименований), так и стендовые изделия.

Антенный макет, на котором была подтверждена правильность размещения элементов АФС на борту космического аппарата.
Конструкторский макет, на котором была проведена увязка всех элементов конструкции и бортовой кабельной сети.
Изделие вибродинамических и статических испытаний, на котором была подтверждена прочность и стабильность конструкции космического аппарата.
Специфика конструкции КА потребовала проведения расчёта динамической схемы, подтверждённой комплексом мероприятий по определению динамических характеристик КА и его составных частей, для оценки их влияния на выполнение целевых задач.
Изделие (двигательная установка) огневых испытаний, на которой был проведён полный цикл натурных огневых испытаний.
Габаритно-эксплуатационный макет, на котором проведена проверка правильности принятых решений при работах с изделием на техническом и стартовом комплексах, при заправке.
Изделие тепловакуумных испытаний, подтвердившее правильности принятых решений и теоретические расчёты СОТР КА.
Этап электрорадиотехнических испытаний, на котором проведена полна проверка функционирования и взаимодействия всех бортовых систем, отработаны алгоритмы парирования нештатных ситуаций, проведены испытания на ЭМС и ЭСР.

Комплексные испытания и подготовка к запуску лётного образца

космического аппарата «Спектр-Р»

Отработка лётного космического аппарата “Спектр-Р ” проведена в полном объёме и основана на многолетнем опыте создания космической техники.

На КА проведены комплексные испытания разобранного изделия. Этап, на котором отрабатывается полный объём испытаний бортовой аппаратуры, на котором есть возможность обеспечить доступ к любому прибору, блоку, агрегату в случае возникновения неполадок.
Космический аппарат “Спектр-Р” прошёл проверку работоспособности в вакууме – условиях максимально приближенных к натурной эксплуатации на орбите.
КА “Спектр-Р” прошёл полный комплекс электрических испытаний собранного изделия. Были проверены работоспособность и взаимодействие всех систем.
Проведены контрольно- юстировочные операции, технологические виброиспытания, испытания на герметичность двигательной установки, проверка зазоров с головным обтекателем и определение масс- центровочных характеристик.
В процессе приёмосдаточных испытаний КА были проведены проверки функционирования всех раскрывающихся элементов: антенны КРТ, панелей солнечных батарей, антенн, штанги магнитометра
Заключительные операции перед отправкой на технический комплекс включают очистку и проверку чистоты поверхности КА, окончательную установку экранно-вакуумной теплоизоляции.

Циклограмма и средства выведения

космического аппарата “Спектр-Р” на орбиту

Запуск КА производится с космодрома Байконур ракетой-носителем «Зенит» с разгонным блоком «Фрегат-СБ» по трассе, обеспечивающей выведение ГБ (РБФ-СБ + КА) на высокоэллиптическую орбиту с наклонением ~ 51.6 град.

Схема полета при выведении КА включает в себя следующие элементы:

  • старт и полет ГБ в составе РН;
  • отделение ГБ от 2-й ступени РН;
  • пассивный полет ГБ по опорной орбите (-3/4 витка);
  • первое включение МДУ РБ для разгона на промежуточную орбиту с использованием топлива из СББ, отделение СББ;
  • пассивный полет ГБ по промежуточной орбите в течение одного витка;
  • второе включение МДУ РБ для выхода на орбиту отделения КА с использованием топлива из основных баков;
  • пассивный полет ГБ по орбите отделения до достижения зоны видимости станций слежения;
  • отделение КА, выход на квазицелевую орбиту (~3,6 часа после старта РН);

пассивный полет РБ по квазицелевой орбите с передачей на Землю ТМИ и проведением траекторных измерений для определения фактических параметров сформированной целевой орбиты;

Разгонный блок “Фрегат СБ” на соместных испытаниях БМСС “Навигатор”

Ракета-носитель “Зенит”

Источник: http://russpace.ucoz.ru/index/radio/0-60

Фундаментальные космические исследования: план на десятилетие

Федеральная космическая программа на 2016-2025 гг., принятая в середине марта, включает раздел «Фундаментальные космические исследования» (ФКИ) с общей суммой финансирования 143,2 млрд. руб.

(общий объём бюджетного финансирования программы — 1,406 трлн руб.).

В эту сумму включены поддержка продолжающихся миссий, разработка новых проектов, запуск которых намечен на десятилетие действия программы или после него.

В числе приоритетных направлений — астрофизические и планетные исследования и лунная программа, которая включает автоматические станции и подготовку к пилотируемым полетам, а также разработку технологий для создания обитаемой лунной базы. После 2020 г. планируется возобновить исследования магнитосферы и Солнца с помощью специальных научных аппаратов.

Короткий обзор программы ФКИ был сделан 13 мая в докладе академика Льва Зелёного, директора Института космических исследований РАН, на научно-практической конференции «Космонавтика и ракетостроение: взгляд в будущее» в честь 70-летия со дня образования ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения» (ЦНИИмаш). Доклад представил д.ф.-м.н. Александр Захаров, учёный секретарь ИКИ РАН

Самый масштабный российский проект, реализация которого уже началась, — астрофизическая обсерватория «Спектр-Р» (проект «РадиоАстрон», запуск 2011 г.).

В рамках ФКП продолжается его поддержка; программа также предусматривает поддержку действующих российских экспериментов, установленных на зарубежных аппаратах и на российских аппаратах не научного назначения, как, например, эксперимент НУКЛОН на борту аппарата дистанционного зондирования Земли “Ресурс-П” №2.

Сейчас российские приборы работают на автоматических межпланетных станциях “Марс Одиссей” (НАСА), “Марс-Экспресс” (ЕКА) и ЛРО (НАСА), а также на марсоходах “Оппортьюнити” и “Кьюриосити” (НАСА).

Безусловно, продолжатся исследования по программе Международной космической станции, в том числе в интересах космической физики и астрофизики. Сейчас на борту МКС проводится несколько таких экспериментов, в их числе эксперименты ИКИ “Обстановка (1-й этап)”, “БТН-Нейтрон”.

Второй ключевой проект, реализация которого началась практически одновременно с принятием программы, — «ЭкзоМарс», совместный российско-европейский проект по изучению Марса. 14 марта 2016 г.

ракета-носитель «Протон-М» вывела в космос два аппарата миссии «ЭкзоМарс-2016», в состав научной нагрузки которого входят и российские эксперименты.

Аппараты уже движутся к Марсу, и в начале апреля состоялись первые успешные включения научных приборов.

Старт второй миссии проекта, первоначально запланированный на 2018 г., в начале мая был перенесён на следующее пусковое окно в июле 2020 г. совместным решением руководства Государственной корпорации по космической деятельности «Роскосмос» и Европейского космического агентства.

К Марсу будет отправлен марсоход (разработки ЕКА) с комплексом научных приборов, в том числе — двумя российскими. На поверхность планеты его доставит спускаемый модуль разработки НПО им. С.А. Лавочкина.

Спускаемый модуль — второй элемент программы, после схода марсохода он превратится в долгоживущую автономную станцию.

Её научные задачи — долговременные наблюдения климата и атмосферы, изучение внутреннего строения Марса, анализ образцов грунта, изучение подповерхностного распределения воды, мониторинг фоновой радиации, процессов взаимодействия между поверхностью и атмосферой. Комплекс научной аппаратуры на посадочной платформе создается в России с участием Европы.

Первый «научный» запуск в рамках новой ФКП и одновременно первый пуск с нового российского космодрома «Восточный» состоялся 27 апреля. В космос был успешно выведен научно-образовательный спутник «Михайло Ломоносов».

Аппарат изготавливался по заказу Московского государственного университета, но эксплуатация полезной нагрузки в полете осуществляется за счет средств, заложенных в бюджета ФКП. Задачи аппарата — исследования космических лучей предельно высоких энергий, космических гамма-всплесков и транзиентных свечений в верхней атмосфере Земли.

Это уже четвертый спутник Московского государственного университета с момента запуска аппарата «Татьяна» в 2005 г.

Следующий пуск по программе ФКИ запланирован на 2017 г. В космос будет выведена российско-германская астрофизическая обсерватория «Спектр-Рентген-Гамма» («Спектр-РГ»).

На аппарате будет установлено два зеркальных рентгеновских телескопа: eRosita (Германия) и ART-XC (Россия), — которые должны провести обзор всего неба и провести своего рода «перепись» всех крупнейших скоплений галактик в наблюдаемой Вселенной.

Предполагаемое время активного существования «Спектра-РГ» — 7,5 лет, первые 4 года из которых отводятся на полный обзор всего неба, и еще 3 года на выборочное наблюдение наиболее интересных объектов.

Cерия астрофизических обсерваторий «Спектр» будет продолжена после 2020 гг. На 2021 г.

запланирован старт международного проекта «Спектр-УФ» — «Всемирная космическая обсерватория» (ВКО-УФ).

Космическая обсерватория будет оснащена 170-сантиметровым телескопом, спектрографами и камерами для исследований и наблюдений в ультрафиолетовом и оптическом диапазонах спектра.

До конца этого десятилетия планируется запуск первого аппарата обновленной лунной программы — посадочный аппарат «Луна-25» (ОКР «Луна-Глоб»). Его главные задачи — отработка технологий мягкой посадки на Луну и длительной работы в южной приполярной области Луны, исследование лунного грунта и лунной экзосферы. Планируемый год старта — 2019.

Дальнейшая лунная программа включает запуск до 2025 г.

ещё двух аппаратов, которые создаются в рамках ОКР «Луна-Ресурс-1»: «Луна-26» (орбитальная станция для разведки лунной поверхности, изучения окололунного пространства, 2020) и «Луна-27» (посадочная станция для отработки криогенных технологий забора грунта и проведения широкого круга исследований на поверхности Луны, 2021).

Следующие элементы российской лунной программы — посадочный космический аппарат «Луна-28» с возвращаемой ракетой (эксперимент по доставке образцов лунного грунта на Землю) и посадочный аппарат «Луна-29» с долгоживущим луноходом на борту, оснащенным большим комплексом научных приборов. Запуск этих аппаратов намечен на 2024 и 2025 гг., но, возможно, он выйдет за пределы действия действующей ФКП.

В 2021 г. также планируется первый запуск в рамках многоспутникового проекта «Резонанс», который будет направлен на изучение процессов во внутренней магнитосфере Земли.

После 2020 г. возобновятся работы по созданию космических комплексов для исследования Солнца и солнечного ветра из космоса в ходе проектов АРКА и «Интергелиозонд».

Задачи эксперимента АРКА — съёмка солнечной короны и переходного слоя с малого космического аппарата с высоким пространственным разрешением.

Такое качество может быть достигнуто благодаря специальной конструкции телескопов, когда наблюдения Солнца ведутся в ограниченном поле зрения.

«Интергелиозонд» — амбициозный проект по изучению Солнца с очень малых расстояний и из точек, лежащих вне плоскости эклиптики.

Два космических аппарата, расположенных внутри орбиты Меркурия и немного «выше» плоскости орбит планет, будут изучать тонкую структуру солнечного ветра и наблюдать за процессами на поверхности Солнца.

Запуск аппаратов «Интегелиозонд» выходит за пределы действия новой ФКП.

В проект ФКП также включена миссия к Фобосу с возвратом грунта, её старт предположительно определен в 2024 г.

На 2021 и 2025 гг. запланированы запуски возвращаемых аппаратов «Бион-М» №2 и №3, с помощью которых изучается влияние условий космического полёта на живые организмы. Продолжительность полёта составит 30 дней, высота орбиты — 1000 км.

Продолжатся эксперименты на Международной космической станции: как связанные с медико-биологическим обеспечением жизни экипажей, так и те, что проводятся в интересах фундаментальных наук. Планируется, в частности, начать эксперименты “Дриада” по мониторингу парниковых газов с орбиты, “Монитор всего неба” по изучению фонового рентгеновского излучения Вселенной.

Предполагается также продолжить практику использования грузового корабля “Прогресс” длядля выведения малых аппаратов на более высокие орбиты. Впервые это было сделано в 2012 г.

, когда в космос был доставлен микроспутник “Чибис-М”, разработанный в Российской академии наук. Продолжением серии таких малых аппаратов должен стать “Чибис-АИ” для исследования атмосферно-ионосферных связей.

Разработка и изготовление микроспутника не входят в Федеральную космическую программу.

Кроме этого, планируется продолжить практику участия российских исследователей в программах зарубежных научных миссий. Это прежде всего совместная европейско-японская миссия к Меркурию «БепиКоломбо» (запуск в 2017 г.). Аппараты будут нести на борту научные приборы, созданные российскими учеными для изучения поверхности и экзосферы ближайшей к Солнцу планеты.

В 2022 г. предполагается запуск европейской миссии для исследования системы Юпитера и его спутника Ганимеда JUICE. В число приборов, которые будут установлены на автоматической межпланетной станции, входит спектрометр SWI, в изготовлении которого принимают большое участие российские специалисты.

К сожалению, за пределы действия ФКП выведены проекты астрофизических обсерваторий «Гамма-400», «Спектр-М» («Миллиметрон»), а также проекты ОЛВЭ (исследование космических лучей сверхвысоких энергий) и «Возврат-МКА».

Кроме названных проектов, сроки запусков которых определены, в каждом из направлений ФКП, связанных с фундаментальными космическими исследованиями, предусмотрен раздел «Перспектива», который включает разработку перспективных космических проектов. В его рамках по конкурсу будут определены наиболее интересные предложения для дальнейшей разработки и реализации. Это новый принцип работы, схожий с тем, как определяются проекты для реализации в космических агентствах Европы и США.

Ещё одно новшество касается статуса академической науки в реализации ФКП в части фундаментальных космических исследований. В конце 2015 г.

между Государственной корпорацией по космической деятельности «Роскосмос» и Российской академией наук было подписано Соглашение о сотрудничестве, которое предусматривает взаимодействие сторон в формировании и реализации Федеральной космической программы на 2016–2025 годы.

Межведомственный Совет по космосу РАН согласовывает Программу и её возможные изменения и следит за её выполнением в части ФКИ. Российская академия наук формирует научную программу проектов ФКИ, определяет цели и задачи проектов, участвует в выработке требований и техзаданий к создаваемой для этих целей ракетно-космической технике.

-О.З.

Источник: http://press.cosmos.ru/fundamentalnye-kosmicheskie-issledovaniya-plan-na-desyatiletie

Проект «Радиоастрон»

По следам поста о неудачах Роскосмоса и в одурении от количества топиков про Curiosity

Вчера я попробовал кое-что поискать по Хабру. Результат: «Curiosity» — 17 топиков; «Фобос-Грунт» — 4 топика. «Радиоастрон» — 0 топиков.

(Я считал топики, явно посвященные сабжу.)

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 поряд 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

Источник: http://www.pvsm.ru/nauchno-populyarnoe/13648

РАДИОАСТРОН: 4 года в космосе!

Исполнилось 4 года со дня запуска космического радиотелескопа «Спектр-Р» проекта наземно-космического интерферометра РадиоАстрон. Научные группы проекта рассказывают о новых результатах исследований близкой галактики 3C84, изучении плазмы в нашей галактике с помощью пульсаров и удивительного «межзвездного интерферометра», новый рекорд в обзоре  галактических мазеров водяного пара.

Наблюдения близкой галактики 3С84

    В процессе работ в рамках Ключевой научной программы РадиоАстрона по изучению близких галактик получено качественное изображение радиоисточника 3С84 в эллиптической галактике NGC 1275, с высочайшим угловым разрешением.

                  Гигантская галактика NGC 1275 находится на расстоянии 75 мегапарсек; угловой размер в 1 миллисекунду дуги соответствует всего 0.3 парсека.

Благодаря этому, объект является одним из лучших кандидатов для исследования джета[1] вблизи сверхмассивной чёрной дыры, находящейся в центре галактики, с высочайшим уровнем детализации изображения.

Результаты исследования позволят учёным лучше понять процесс формирования струй в галактиках.

    В период 21-22 сентября 2013 г., в течение 22 часов, проводилось картографирование 3C84 на частотах 5 и 22 ГГц, в процессе которого использовался специальный двухчастотный режим космического радиотелескопа.

                  Наземная поддержка осуществлялась системой (решёткой), состоявшей из 25 телескопов, в числе которых были европейская РСДБ[2]  сеть, совместно с российской Квазар-КВО, российский телескоп Калязин, корейская РСДБ сеть, американские телескопы GBT, VLBA, фазированная VLA. Часть наземной сети проводила наблюдения на частоте 5 ГГц, часть – на 22 ГГц. Телескоп в Эффельсберге (Германия) менял диапазоны. Полученные данные коррелировались в Институте радиоастрономии Общества Макса Планка (Германия).

    Сигнал наземно-космического интерферометра успешно зарегистрирован для интервала проекций баз интерферометра от 0.2 до, примерно, 7 диаметров Земли в обоих диапазонах. На иллюстрации 1 приведена восстановленная карта радиоисточника 3С84, полученная телескопом РадиоАстрон на самой высокой частоте проекта 22 ГГц. 

Иллюстрация 1. Карта близкой галактики 3С84, полученная в полной интенсивности на частоте 22 ГГц на наземно-космическом интерферометре РадиоАстрон с экстремальным разрешением.

Диаграмма направленности интерферометра показана в левом нижнем углу с размерами 150х70 mas. Пик излучения находится на уровне 1 Ян/луч.

Видимое изображение с Севера на Юг (сверху вниз) занимает в проекции размер в 1.2 парсека.

    На карте центральная область 3С84 представляет сложную структуру на масштабах субмилисекунд дуги. Выделяется яркое пятно сверху (Север) – это ядро галактики, а также яркая деталь снизу (Юг) – она движется с субсветовой скоростью по искривлённой траектории.

    Карта демонстрирует субструктуру этих областей с уникальной детализацией. Впервые ясно проявился контр-джет (выброс на Север) на масштабах суб-парсеков. Джет и контр-джет разрешены поперёк.

    Угловое разрешение карты составляет примерно 50 микросекунд дуги или 500 радиусов Шварцшильда. Можно видеть уярчение к краям для джета и контр-джета, что представляет собой уникальный и крайне важный результат для понимания природы такого выброса.

    На Юге, в конце джета, выделяется пятно, его компактность указывает на высочайшую яркость, что совершенно неожиданно для суб-релятивистского объекта, наблюдаемого под большим углом к выбросу.

Зондирование межзвёздной плазмы радиоимпульсами пульсаров

    Изучение пульсаров с помощью радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами позволяет не только получать новую информацию о самих пульсарах, но и использовать их как инструмент для изучения структуры межзвёздной среды, заполняющей пространство между земными наблюдателями и исследуемыми пульсарами.

    Пульсар В1933+16 наблюдался РадиоАстроном 1 августа 2013 г. одновременно в двух диапазонах длин волн. На частоте 92 см наблюдения проводились с использованием системы апертурного синтеза в Вестборке (WSRT, Нидерланды) и 25-метровой антенны американской решётки телескопов VLBA в Санта-Крус.

На частоте 18 см работала 300-метровая антенна в Аресибо, 32-метровая антенна в Торуни и 32-метровый телескоп российской системы КВАЗАР в Светлом. Это был первый научный эксперимент, в котором участвовал в качестве станции приёма информации 45-метровый телескоп обсерватории НРАО в Грин Бэнке (США).

    Пульсар В1933+16 находится в спиральном рукаве созвездия Стрельца на удалении около 4 килопарсек.

Луч зрения на пульсар проходит вдоль этого спирального рукава, что создаёт условия для изучения сложной структуры неоднородностей плазмы на луче.

Прежде всего, был измерен диаметр кружка рассеяния, определявшийся по поведению амплитуды интерференционного отклика при прогрессивном удалении космического радиотелескопа от Земли на длине волны 92 см.

    Такие измерения стали традиционными для наземно-космического интерферометра РадиоАстрон. Иллюстрация 2 демонстрирует эту методику.

Иллюстрация 2. Зависимость амплитуды интерференционного отклика наземно-космического интерферометра от величины проекции базы между радиотелескопом в Вестерборке (Нидерланды) и космическим радиотелескопом «Спектр-Р». Пунктирная линия, проведённая через измеренные значения, соответствует круглому диску рассеяния с диаметром 17 тысячных долей угловой секунды

    Диаметр кружка рассеяния изменяется прямо пропорционально квадрату длины волны наблюдений; на волне длиной 92 см он получился равным 17 тысячным долям угловой секунды (mas).

На волне 18 см ожидаемое значение составляет всего 0,7 mas. Такая величина может быть измерена на максимальных базах интерферометра РадиоАстрон, но в ходе наблюдений 1 августа 2013 г.

соответствующие базы не были реализованы.

    Рассеяние радиоволн на неоднородностях межзвёздной плазмы вызывает интерференцию лучей, что приводит к появлению так называемого «межзвёздного интерферометра» с эффективной базой, равной расстоянию между крайними рассеянными лучами.

Оно составляет несколько астрономических единиц.

На иллюстрации 3 приведена интерферограмма (диаграмма запаздывание-частота интерференции), полученная для данного пульсара в проведённом сеансе на самом большом радиотелескопе в Аресибо (Пуэрто-Рико, США).

Иллюстрация 3. Вторичный спектр, полученный для пульсара В1933+16 по данным, зарегистрированным на радиотелескопе в Аресибо, на длине волны 18 см.

Уярчения, имеющие форму параболических дуг, вызваны интерференцией рассеянных лучей на двух тонких экранах, расположенных на расстояниях 0.27 и 0.73 полного расстояния от наблюдателя до пульсара.

Пунктирные белые линии показывают теоретические аппроксимирующие функции

    На диаграмме видны некоторые структуры, отражающие интерференцию рассеянных лучей. Эти структуры имеют форму параболических дуг, причём каждая дуга соответствует некоторому тонкому рассеивающему экрану, а кривизна каждой дуги однозначно связана с положением такого экрана на луче зрения.

Светлые тонкие параболы – это результат аппроксимации для двух дуг, а соответствующие эффективные экраны должны находиться от наблюдателя на расстояниях в 0.25 и 0.73 от величины расстояния до самого пульсара.

Если сопоставить эти величины с наблюдаемыми неоднородностями межзвёздного вещества в данном направлении, можно уточнить и само расстояние до пульсара.

Наблюдение мазера в области звёздообразования W49 N

    27 апреля 2015 г. были проведены новые наблюдения одного из наиболее удалённых источников мазерного излучения в линии водяного пара в галактике – области звёздообразования W49 N, находящейся на расстоянии около 36 тысяч световых лет в спиральном рукаве созвездия Персея. Совместно с космическим радиотелескопом в эксперименте принимали участие несколько наземных радиотелескопов.

    Сигнал на наземно-космической базе был обнаружен с двумя наиболее чувствительными наземными антеннами из группы принявших участие в наблюдениях: 100-метровым телескопом в Эффельсберге (Германия) и 43-метровым телескопом в Йебесе (Испания). Проекция базы интерферометра во время наблюдений достигала ~9.7 длины диаметра Земли, угловое разрешение составляло ~23 микросекунды дуги – величина, рекордная для наблюдений мазеров водяного пара.

    Проведённые наблюдения позволят получить оценки яркостных температур и размеров наиболее компактных деталей мазерных источников.

    Руководитель научной программы РадиоАстрон, д.ф-м.н. Юрий Юрьевич Ковалёв (АКЦ ФИАН) комментирует:

    «Мы поздравляем с четырёхлетней годовщиной запуска и благодарим наших партнеров в России и других странах за плодотворное сотрудничество.

Открытая научная программа проекта продолжается, несколько недель назад начался новый цикл AO3. Надеемся, он принесет нам новые неожиданные результаты.

Например, на сентябрь 2015 года намечены наблюдения центра нашей Галактики вместе с крупнейшими телескопами США и Австралии на самой короткой длине волны интерферометра».

Проект РадиоАстрон осуществляется Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева РАН и НПО им. С.А. Лавочкина по контракту с Российским космическим агентством, при участии ряда научных организаций России и других стран.

В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»

________________________________

[1]       Джеты (струи) – узконаправленные выбросы частиц, отходящие от генерирующего их космического объекта, обычно, в двух противоположных направлениях. К тексту

[2]       РСДБ – радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами. К тексту

Источник: http://fian-inform.ru/masshtabnye-eksperimenty/item/509-ra-4-goda-v-kosmose

Ссылка на основную публикацию