В наше время обосновано считают, что запускать новый масштабный проект астрофизических исследований имеет смысл только в том случае, если новые инструменты наблюдения будут превосходить уже существующие по какому-либо параметру как минимум в 10 раз. Иначе игра не стоит свеч. Работавший на земной обите в 2011- 2019 гг. российский проект «Радиастрон» ("Спектр-Р") с избытком отвечал этим требованиям. Он позволил получить угловое разрешение, которое превышало ранее доступное в десятки , и результат этот пока не превзойдён.
Угловое разрешение – это минимальный угол между объектами, который может различить оптическая система, то есть минимальное расстояние (в градусах), которое позволяют прибору распознать объекты, как два разных. Чем меньше это расстояние, тем выше угловое разрешение. Высокое разрешение позволяет рассмотреть всяческие структурные подробности. Самый простой пример: в телескоп с низким разрешением можно увидеть просто звезду – светящуюся точку. Однако если угловое разрешение увеличивать, то не исключено, что мы разглядим там же систему из двух или трёх звёзд, которые раньше сливались в одну.
Угловое разрешение определяется отношением длины волны к диаметру входного зрачка оптической системы. В случае применения единичного радиотелескопа – это диаметр его зеркала. Самый большой из сущетвующих на сегодняшний день телескопов - РАТАН-600 в Карачаево-Черкесии, расположенный на высоте 970 м. над уровнем моря с диаметром зеркала – 576 м. Первое наблюдение состоялось в 1974 г., в настоящее время нуждается в обновлении.
Второй по величине - телескоп «Глаза небес», был построен в природной впадине Гуйчжоу на юго-западе Китая, начал тестовую работу в 2016 г., а с этого года работает уже в штатном режиме. Диаметр его зеркала 500 м. Третье место по размеру зеркала (305 м) занимает телескоп обсерватории Аресибо, в США (Пуэрто-Рико) (первые наблюдения 1963 г.). Первая десятка укомплектована в основном телескопами с диаметром зеркала 70-100 м.
Однако уже в 50-е годы XX века советские астрономы предложили принципиально иной способ значительно улучшить угловое разрешение - радиоинтерферометрию. Суть идеи в том, чтобы объединить несколько телескопов в одну систему – интерферометр, и на основе общих данных получить единое изображение. В этом случае компонентом формулы является не диаметр зеркала, а расстояние между телескопами, то есть угловое разрешение можно увеличить весьма существенно. Следом пришла идея радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ). Предполагалось объединить радиосигналы телескопов, которые находятся в разных городах и даже на разных континентах. Тут речь шла уже не о лишней сотне метров, а о сотнях и тысячах километров.
Первые радиоинтерферометры были применены для отслеживания советских автоматических станций серии «Луна», однако это ещё не была полноценная РСДБ. Составляющие систему телескопы находились сравнительно недалеко друг от друга и были соединены кабелем. В РСДБ управление элементами интерферометра производится независимо, без непосредственной коммутационной линии связи. Запись данных осуществляется на носители информации с последующей корреляционной обработкой на специализированном вычислительном оборудовании — корреляторе. В полной мере идея РСДБ была впервые реализована в 1967 г. в США и Канаде.
Однако, нет придела совершенству. В 1979 – 1980 гг. в Советском Союзе был начат амбициозный проект, цель которого – создание «радиотелескопа много больше Земли». Проект заключается в том, чтобы вывести крупный космический радиотелескоп (КРТ) на околоземную орбиту и включить его в единую систему с наземными радиотелескопами. Радиоинтерферометр Земля – космос мог бы иметь базу 350 тыс. км, что позволило бы улучшить угловое разрешение не менее чем в 30 раз.
Увы, к началу 90-х осуществить проект не успели, а потом, как все мы помним, начался длительный период упадка и разрухи. К счастью, от идеи не отказались окончательно, и во второй половине нулевых проект «Радиоастрон» был реанимирован, хотя и потребовал масштабной доработки.
Запуск космического аппарата «Спектр-Р», несущего на борту телескоп «Радиоастрон» с десятиметровым зеркалом запланировали на 2011 год. Основой аппарата послужила разработанная в НПО им. Лавочкина платформа «Навигатор», весьма популярная среди исследователей космоса и задействованная во многих проектах.
Орбиту спутника «Спектр-Р» намерено рассчитали так, чтобы она испытывала на себе значительное влияние Луны. Средний орбитальный период станции составляет 9.5 дней (изменение периода - от 7 до 10 дней), половина большой оси 189 000 км, наклонение орбиты 51 градус. Радиус перигея (ближайшей к Земле точки орбиты) – от 10 до 70 тысяч км, апогея – от 310 до 390 тысяч км. Складное зеркало телескопа состоит из центрального трёхметрового диска и 27 углепластиковых лепестков, которым предстояло раскрыться в космосе. Сложная изменчивая орбита позволяла обеспечить наилучшие условия наблюдения для наибольшего числа объектов.
При работе радиоинтерферометра очень важно снабдить поступающие сигналы максимально точными метками времени. С этой целью в проекте «Радиоастрон» были задействованы высокоточные водородные атомные часы. Данный прибор был разработан, изготовлен и испытан в 2007 году нижегородским предприятием «Время Ч».
Важнейшей частью проекта «Радиастрон» являляются наземные станции слежения (НСС). В их задачу входит:
1.Наведение антенны НСС на КА и слежение за ним в течение сеанса связи.
2. Прием с борта КА потока научных и служебных данных и регистрация их на магнитных носителях.
3.Передача на борт КА фазостабильного опорного
сигнала, синхронизированного Н-мазером НСС.
4.Прием когерентно преобразованного на борту КА ответного сигнала, измерение текущей частоты остаточного доплеровского сдвига и текущей разности фаз ответного и запросного сигнала и их регистрацию с привязкой к текущему времени.
5.Прием внешних данных, необходимых для работы НСС и выдача потребителям информации о состоянии НСС.
Основной наземной станцией слежения стала обсерватория в подмосковном Пущино с радиотелескопом РТ-22 . Функцию станции слежения, в западном полушарии взяла на себя вторая по величине в США обсерватория Грин Бэнкс. Для управления аппаратом использовались станции в Медвежьих Озёрах (Подмосковье) и Уссурийске (Дальний Восток). Для реализации отдельных научных программ были привлечены практически все радиотелескопы мира, имеющие зеркало диаметром более 60 м.
В основном конечная обработка и интерпретация результатов научных исследований на космическом интерферометре производилась в центре обработки Астрокосмического центра Физического института Академии Наук (АКЦ ФИАН) в Москве, но задействованы также центры обработки других участников проекта. Операционная скорость кластера АКЦ позволялапринимать поток данных от десяти станций (включая КРТ Радиоастрон) с общей плотностью 2.56 Гбит/сек и, соответственно, обрабатывать потоки от 45 интерферометров.
Проведённые в мае 2011 года комплексные испытания радиотелескопа и космической платформы «Навигатор» подтвердили их совместимость и соответствие параметров техническому заданию. Запуск произошёл 18 июля 2011 года космодрома Байконур ракетой-носителем «Зенит-2SLБ80» (КБ «Южное») с разгонным блоком «Фрегат-СБ» (НПО им. Лавочкина). Время отделения космического аппарата от разгонного блока, было выбрано так, чтобы в этот момент он находился в зоне видимости станции в Медвежьих Озёрах.
Выход на орбиту прошёл без приключений, но когда 22 июля была отдана команда на раскрытие лепестков зеркала, начались неприятности. Был получен сигнал, что двигатель начал движение, потом что он его закончил, а вот подтверждения полного раскрытия антенны не пришло. Помимо всего прочего это означало, что зеркало нельзя зафиксировать. Предположили, что полное раскрытие лепестков не произошло из-за температурных перепадов, и решили попытаться повернуть аппарат так, чтобы Солнце прогрело его равномерно. Это помогло не сразу, и лепестки пришлось дополнительно прогреть. Но всё хорошо, что хорошо кончается. Когда на следующее утром был подан повторный сигнал на раскрытие, всё прошло как по маслу и зеркало удалось зафиксировать. В сентябре 2011 г. в целом было завершено выполнение программы летных испытаний бортовых систем космической платформы «Навигатор», подтвердивших соответствие бортовых систем техническим требованиям. В ноябре была подтверждена стабильность характеристик КРТ при различных условиях освещенности Солнцем. В декабре проведена первая серия интерферометрических наблюдений одного и того же источника на все более возрастающей наблюдательной базе (максимальная – 300 тыс. км). В январе 2012 г. прошла серия наблюдений на базе, изменяющейся от 25 до 200 тыс. км.
Предполагалось, что телескоп будет работать до 2014 г., но он перевыполнил план. Связь с ним оборвалась лишь в 2019 г.
Если вам понравился материал, не забудьте поставить "лайк". Спасибо.
