Международная космическая обсерватория «Спектр-РГ» получила разработанный в РКС инновационный модульный радиокомплекс

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

Фото: НПО им. С.А. Лавочкина

Принцип работы

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

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

Радиоастрон: К новым горизонтам

«Радиоастрон» — важное событие для всей мировой науки. Проект позволит увидеть Вселенную на радиоволнах с беспрецедентно высоким разрешением

При полной массе спутника около 5,4 т масса полезной нагрузки составляет 2,6 т — это приемники, малошумящие усилители, синтезаторы частот, блоки управления, преобразователи сигналов, стандарты частоты и система передачи данных

Скоро на орбите, словно огромный цветок, раскроется 10-метровая антенна радиотелескопа — только она одна весит 1,5 т

Спутник готовится к запуску…

…И взлетает на РН «Зенит-3М»

Предполагается, что срок службы КА «Спектр-Р» на орбите составит не менее пяти лет

«Радиоастрон» — проект международный, хотя и реализуется под эгидой российского ФИАН имени Лебедева. За отдельные компоненты аппаратуры и направления работы ответственны партнеры из NASA, ESA, Финляндии, Индии и Австралии — в общей сложности специалисты 20-ти государств. В целом будет организован гигантский наземно-космический интерферометр, в составе которого будут работать семь радиотелескопов обсерваторий разных стран мира.

Метод радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами позволяет комбинировать данные, собранные с нескольких телескопов, в единое изображение — так, будто снимок сделан одним «виртуальным» телескопом, диаметр которого равен расстоянию между самыми дальними из реально использованных телескопов. Технически такие проекты очень сложны в реализации, хотя бы потому, что взаимное расположение телескопов приходится отслеживать и контролировать с точностью до миллиметра. Но потенциальные результаты стоят того (пример работы метода интерферометрии — правда, в оптическом диапазоне — можно найти в нашей заметке «Цветная звезда»).

Конечно, «сердцем» всей системы станет космический аппарат «Спектр-Р». Научную «начинку» для произведенного в НПО имени Лавочкина спутника создали в Астрокосмическом центре ФИАН. Он реализован на базе платформы «Навигатор», нового поколения платформ управления космическими аппаратами, которая будет использоваться на будущих спутниках.

Платформа эта представляет собой отдельный модуль, содержащий бортовой комплекс управления, радиокомплекс, систему электроснабжения, двигательную установку. Модуль имеет форму восьмигранной призмы, служебная аппаратура смонтирована внутри нее, а снаружи, на гранях, закреплены агрегаты двигательной установки и панели солнечных батарей. Нижняя плоскость модуля через адаптер соединяется с РБ «Фрегат», а на верхней устанавливается научная аппаратура.

Как поэтично замечают в НПО имени Лавочкина, «в раскрытом виде телескоп напоминает цветущую кувшинку». В самом деле, наиболее впечатляющая часть всей системы — 1,5-тонная параболическая антенна, состоящая из 27-ми лепестков, готовых синхронно раскрыться на орбите, высота которой в апогее будет достигать 350 тыс. км.

Именно это внушительное расстояние — примерно равное дистанции от Земли до Луны — позволяет добиться от всей интерферометрической системы уникальной разрешающей способности. (Как мы писали выше, диаметр «виртуального телескопа», образованного компонентами системы, равен расстоянию между самыми дальними исходными телескопами.) Разрешение «Радиоастрона» в тысячи раз превысит возможности самых мощных оптических телескопов — и в миллионы максимум, доступный человеческому глазу. Оно достигнет миллионных долей угловой секунды!

С помощью такого уникального инструмента ученые намерены провести ряд фундаментальных исследований в области астрофизики. Планируется изучение активных ядер галактик и расположенных в них сверхмассивных черных дыр, исследование темной материи и энергии, квазаров и мазеров, нейтронных звезд и черных дыр, структуры и распределения межзвездной и межпланетной плазмы. Астрономы намерены уточнить систему небесных координат и гравитационный потенциал Земли, провести новые измерения по подтверждению эффектов Общей Теории Относительности.

Подготовка и запуск

Мнение эксперта

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

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

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

Руслан Камаев

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

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

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

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

– Конечно несерьезно, я вас умоляю.

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

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

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

– Тогда расскажите, что же исследует «РадиоАстрон».

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

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

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

Россия удивит Запад восстановлением экономики

Проект по изучению Вселенной в радиодиапазоне волн с помощью российского космического телескопа «Спектр-Р» (проект «Радиоастрон») завершится, если с аппаратом не удастся восстановить связь и начать передавать управляющие команды, заявил руководитель научной программы проекта, член-корреспондент Российской академии наук Юрий Ковалев.

Ковалев заявил, что «у нас не бывает ситуации, когда спутник постоянно куда-то смотрит и наблюдает»; следовательно, «если спутником управлять будет нельзя, это означает завершение научной программы проекта «Радиоастрон», передает РИА «Новости».

Он пояснил, что космический телескоп работает только в закладываемом ему с Земли интервале времени.

Так, перед каждым сеансом на борт закладывается программа наблюдений, перед ней посылается сигнал на включение приемо-передающей антенны.

В данный момент такая команда не проходит на борт аппарата. Когда она проходит, спутник переводится в необходимое направление, чтобы 10-метровый телескоп следил за необходимым объектом в космосе, а полутораметровая антенна поворачивается на наземную станцию слежения.

После этого проводятся научные наблюдения, данные присылаются ученым в режиме реального времени.

«По окончании сеанса наблюдения приемники выключаются, и космический радиотелескоп переводится в «домашнее положение». Приемники выключаются для того, чтобы усилители на борту космического аппарата не сгорели от наведенных от передатчиков токов», – рассказал Ковалев.

В настоящий момент телескоп «Спектр-Р» находится в данном положении – это оптимальный режим, когда «необходимые части спутника защищены от Солнца». При этом «солнечные батареи питаются и запитывают аппарат, но другие части спутника охлаждаются».

Ковалев уточнил, что научная аппаратура на космическом телескопе «Спектр-Р» работает, это видно по последней полеченной телеметрической информации.

«Телеметрия – это достаточно большой объем информации. Насколько я знаю, надо понимать, что Астрокосмический центр анализирует телеметрию с научной аппаратуры, с нашей стороны никаких проблем видно не было. Подробности про аппаратуру управления нужно обсуждать с НПО им. Лавочкина», – сказал он.

О. Вероятно, «со спутником все нормально, и проблема заключается в том, что не включается передатчик по команде с Земли».

«Сейчас НПО им. Лавочкина занимается тем, чтобы решить эту проблему», – добавил руководитель научной программы проекта «Радиоастрон».

Ковалев сообщил также, что обработка научных данных, полученных со «Спектр-Р», в случае завершения его работы займет еще несколько лет.

«Пока мы не знаем, когда завершится научная программа «Радиоастрон», и надеемся, что она не завершится сегодня», – подчеркнул ученый.

Ранее стало известно о потере управления единственным российским космическим телескопом «Спектр-Р».

При этом сообщается, что весной 2020 года запланирован запуск в космос нового российско-немецкого телескопа «Спектр-РГ».

Популярные материалы

Научные достижения

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

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

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

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

– Что это значит?

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

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

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

Полученные результаты

Наблюдение ведется в нескольких диапазонах: 92; 18; 6; 1,3 см. Самой сложной для приема, но максимально информативной стала короткая волна 1,03 см, она позволяет получать изображение мелких космических объектов и рассматривать их в высоком разрешении. Благодаря изучению пульсаров в диапазоне коротких волн, данные, которые сделал доступными «Радиоастроном», доказали предположение астрофизиков об их неоднородности.

Структуры вокруг черной дыры в центре нашей Галактики

При помощи проекта ученые смогли получить информацию о сверхмассивной черной дыре, существующей в нашей Галактике. Объект скрыт от наблюдения непроницаемым облаком пыли и газа, зафиксировано лишь его излучение. На снимках черная дыра выглядит как мутное пятно. Проект предусматривает наблюдение за мазерами – местами образования звезд, квазарами – активными и мощными ядрами удаленных галактик, пульсарами – источниками периодических излучений, нейтронными звездами.

В погоне за черной дырой

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

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

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

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

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

– Вы рассчитываете получить Нобелевскую премию за открытие черной дыры?

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

Характеристики и задачи космического аппарата «Спектр-Р»

10 апреля 2001 года было заключено межправительственное соглашение между Россией и Германией «О сотрудничестве в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях». 23 августа 2007 года был подписан меморандум между космическими ведомствами РФ и ФРГ, а также контракт НПО им. С. А. Лавочкина с Германским космическим агентством о создании проекта «Радиоастрон».

Помимо НПО Лавочкина с российской стороны в проекте участвуют Московское опытно-конструкторское бюро (МОКБ) «Марс», (Москва), «Информационные спутниковые системы» (Железногорск, Красноярский край), АО «Корпорация «ВНИИЭМ» (Москва), а также организации Российской академии наук — Астрокосмический центр ФИАН, Институт космических исследований, Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша, Институт прикладной астрономии и другие. Кроме того, участниками проекта являются Государственный астрономический институт им. П. К. Штернберга МГУ, НИИЯФ МГУ, НИИ «Крымская астрофизическая обсерватория» и другие организации.

Основные зарубежные участники «Радиоастрона» — Европейское и Германское космические агентства.

В проекте задействованы земные радиотелескопы и научные станции, расположенные в Австралии, Германии, Испании, Италии, Китае, Нидерландах, Республике Корея, России, США, ЮАР, Японии.

Космический аппарат «Спектр-Р» разработан и построен НПО Лавочкина.

Масса спутника — 3850 кг, рабочая орбита — высокоэллиптическая (апогей — 330 тыс. км, перигей — 600 км), первоначально планировалось, что аппарат проработает на орбите пять лет.

«Спектр-Р» оснащен мощным радиотелескопом (диаметр антенны — 10 м) для проведения совместно с земными радиотелескопами фундаментальных астрономических исследований.

В основные задачи космической обсерватории входит изучение галактик и квазаров в радиодиапазоне, черных дыр и нейтронных звезд в нашей галактике, структуры межзвездной плазмы, измерение расстояний и скоростей пульсаров и других галактических источников, а также другие исследования.

Запуск и полет Спутник «Спектр-Р» был запущен 18 июля 2011 года с космодрома Байконур ракетой-носителем «Зенит-3SLБФ» с разгонным блоком «Фрегат-СБ».

Управление космическим аппаратом осуществляют специалисты НПО Лавочкина. Сопровождение полета «Спектра-Р» в части научной составляющей ведет Астрокосмический центр ФИАН, за работу бортового комплекса управления отвечает его разработчик — МОКБ «Марс».

Первые тестовые наблюдения с помощью радиотелескопа были проведены в сентябре 2011 года — были изучены остатки сверхновой Кассиопея А.

Наиболее важные открытия в рамках проекта «Радиоастрон» сделаны при исследовании ядер активных галактик и квазаров: было выяснено, что джеты, струи плазмы, выбрасываемые ими в центрах активных галактик, намного превышают теоретические выкладки, что, возможно, требует пересмотра существующих фундаментальных положений в астрофизике.

В 2020 году ученым удалось с помощью «Радиоастрона» зафиксировать мазерное излучение от молекул воды вне Млечного Пути (в галактике NGC 4258, отдалена от нас на 24 млн световых лет).

В 2020 году телескоп получил самые детальные снимки черной дыры в созвездии Ящерицы.

С июля 2020 года «Радиоастрон» использовался для реализации шестого этапа наблюдательной программы (сроком до июня 2020 года), в который входило 13 проектов, предложенных научными институтами России и стран мира. Среди них — слежение за изменениями видности суперкомпактных водяных мазерных пятен с целью изучения межзвездной микротурбулентности, мониторинг субструктуры в дисках рассеяния радиоизлучения пульсаров, наблюдения активных галактических ядер.

На 12 января 2020 года космический аппарат находится в полете 7 лет 5 месяцев и 25 дней (2735 дней), превысив запланированный срок деятельности почти в полтора раза.

«Спектр-Р» является первым космическим аппаратом серии «Спектр». В 2020 году планируется запуск новой российско-германской космической астрофизической обсерватории «Спектр- РГ», которая будет исследовать Вселенную в гамма- и рентгеновском жестком диапазоне. В середине 2020-х годов запланирован запуск еще двух аппаратов серии: «Спектр-УФ» (для исследований в ультрафиолетовом участке электромагнитного спектра) и «Спектр-М» (миллиметровый и инфракрасный диапазон).

В далекой-далекой галактике или кто такие квазары

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

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

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

– И что теперь будет?

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

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

Космический радиотелескоп «Спектр-Р» бьет новые рекорды

В рамках ранней научной программы миссии «РадиоАстрон» изучались три группы космических объектов: квазары — ядра далеких галактик, пульсары — нейтронные звезды нашей галактики, мазеры — области образования звезд в нашей галактике. В начале 2013 года получены новые важнейшие результаты, сообщают пресс-службы Роскосмоса и АКЦ Физического института им. П.Н.Лебедева Российской академии наук (АКЦ ФИАН).

«РадиоАстрон» и рекорды

С помощью проекта «РадиоАстрон» удалось побить все мировые рекорды по угловому разрешению, реализовав самый зоркий глаз за всю историю. Интерференционные сигналы от далеких ультракомпактных галактик уверенно зарегистрированы на базе Земля-Космос до 20 диаметров Земли! В частности, удалось побить рекорд, поставленный в 2012 году наземным интерферометром при наблюдениях на волне 1.3 мм. Достигнуто угловое разрешение в 40 микросекунд дуги.

«РадиоАстрон» и межзвездная среда

Современная теория межзвездной плазмы в нашей галактике предсказывала, что длинноволновое радиоизлучение от пульсаров и квазаров будет размываться и, в результате, «РадиоАстрон» не сможет зарегистрировать от них сигналы на больших наземно-космических базах для длин волн 18 и 92 см. Результаты полностью опровергли это предсказание (см. рисунки 1 и 2), разойдясь с теорией в 10100 раз.

Это открытие полностью меняет существующее понимание структуры межзвездной плазмы в нашей галактике.

«РадиоАстрон» и галактическая вода

Обнаружено мазерное излучение воды от ультракомпактного облака, размером 8 диаметров Солнца, в области формирования массивных звезд W3IRS5, расположенной на расстоянии 5.5 тысяч световых лет в спиральном рукаве Персея нашей галактики (см. рисунки 3 и 4).

Этот результат позволит ученым лучше понять процесс образования массивных звезд.

Рис. 3: Интерференционный отклик от области звездообразования W3IRS5 по наблюдениям РадиоАстрон с испанским телескопом Йебес.

По вертикальной оси: амплитуда коррелированного сигнала. Горизонтальные оси: остаточные величина частоты интерференции и спектральная частота.

Рис. 4: Интерференционный отклик от области звездообразования W3IRS5 по наблюдениям РадиоАстрон с польским телескопом Торунь.

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.

Цель международного проекта Радиоастрон 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.

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.

Орбита спутника 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.

Управление аппаратом и сбор данных

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

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

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

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

– Как организована передача научной информации?

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

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

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

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

Связь

В настоящий момент для сеансов двусторонней связи используются крупнейшие в России антенные комплексы П-2500 (диаметр 70 м) в Восточном центре дальней космической связи и ТНА-1500 (диаметр 64 м) в подмосковном Центре космической связи «Медвежьи озёра». На малых расстояниях до КРТ (до 100 тыс. км) используется антенна НС-3,7, расположенная в ЦУП-Л в НПО им. С. А. Лавочкина.

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

Второй режим связи — сброс радиоинтерферометрических данных через узконаправленную антенну высокоинформативного радиокомлекса (ВИРК). Данные передаются в реальном времени[4]. На 2020 год, для приёма радиоинтерферометрических данных используется станция слежения, созданная на базе 22-метрового радиотелескопа РТ-22 в подмосковном Пущино. Поток информации, собираемой телескопом, составляет 144 мегабита в секунду. Для обеспечения возможности проведения интерферометрических наблюдений во время, когда космический аппарат не виден для станции слежения в Пущино, Роскосмос профинансировал создание дополнительных станций слежения за пределами России: в США и ЮАР[33][34]. Начиная с августа 2013 года, введена в эксплуатацию станция в Грин-Бэнке (США, штат Вирджиния).[4]

Пущинская радиоастрономическая обсерватория

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

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

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

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

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

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

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

Подводная лодка

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

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

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

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

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

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

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

Будущее «РадиоАстрона»

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

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

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

– На смену «РадиоАстрону» придет новый проект?

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

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

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

Российский космический телескоп «Спектр-Р» жив, но ничего не слышит

С 10 января 2020 года российский космический телескоп – единственный пока имеющийся в нашей стране – перестал реагировать на команды с Земли. Хотя собранные прежде данные продолжает слать. Его даже удалось перевести в оптимальный режим работы – с наименьшим потреблением энергии.

— Может все заработать, мы на это надеемся, — обнадежил академик РАН Николай Кардашев, директор Астрономического центра Физического института (ФИАН). Ученый руководит международным проектом «Радиоастрон», в состав которого как раз и входит «оглохший» космический радиотелескоп, установленный на спутнике «Спектр-Р».

«Спектр-Р» с телескопом на борту – астрофизическая обсерватория, детище НПО имени Лавочкина — был запущен в 2011 году. Плановый срок его эксплуатации истек еще 3 года назад. Так что аппарат свою программу уже полностью отработал. И ныне трудился, что называется, сверхурочно. Возможно, перенапрягся.

Что дальше?

Специалисты проявляют оптимизм по поводу происходящего сейчас, но не исключают и худшего: исследования по проекту «Радиоастрон», возможно, придется свернуть. Что, конечно же, огорчает астрономов всего мира, которые заказывали наблюдения. Наш космический радиотелескоп был уникальным – обладал самым высоким за всю историю астрономии угловым разрешением. Работал вместе с наземными радиотелескопами, что позволяло синхронно и весьма четко наблюдать интересующие космические объекты.

Российские астрономы увлекались квазарами – ярчайшими во Вселенной источниками излучения, возникающими в результате деятельности черных дыр.

Предполагалось, что благодаря «Радиоастрону» получится напрямую доказать, что в ядрах галактик существуют черные дыры — увидеть то, как вещество, ускоряясь, попадает в них, рассмотреть воронку, которая его засасывает. Или не воронку, а нечто иное.

Николай Кардашев не исключал, что наблюдения позволят обнаружить и так называемые «кротовые норы» — эдакие коридоры, пронизывающие ткань пространства-времени и соединяющие отдаленные точки Вселенной. Ученые полагали, что одна из нор может располагаться даже в окрестностях Земли.

Далеко идущие планы не безнадежны. На смену, возможно, отжившему свое «Спектру-Р», в НПО имени Лавочкина готовят аппарат следующего поколения – Всемирную космическую обсерваторию «Спектр-УФ», которая составит конкуренцию космическому телескопу Hubble. Будет вести наблюдения в ультрафиолетовом диапазоне опять же в рамках проекта «Радиоастрон».

С помощью «Спектр-УФ» астрономы смогут изучать физико-химические свойства даже атмосфер планет в других звездных системах. Не говоря уж о физике самих звезд.

На очереди – «Спектр-РГ» — российско-германская орбитальная астрофизическая обсерватория, создаваемая для изучения Вселенной в рентгеновском и гамма диапазонах.

На 2025 год намечен запуск «Спектра-М» — «Миллиметрона» — космической обсерватории миллиметрового и инфракрасного диапазонов, способной исследовать структуру ядер галактик. И искать «кротовые норы».

Жизнь продолжается. Не время горевать.