Для чего запускают телескопы в космосе. Телескопы в космосе

Каноническое фото телескопа, сделанное во время последней ремонтной миссии в 2009 г.

25 лет назад, 24 апреля 1990 г., с мыса Канаверал отправился в свой десятый полет космический челнок Discovery, несущий в транспортном отсеке необычный груз, которому суждено будет прославить NASA и стать катализатором развития многих областей астрономии. Так началась 25-летняя миссия космического телескопа Hubble, пожалуй, самого известного астрономического инструмента в мире.

На следующий день, 25 апреля 1990 года, створки грузового люка раскрылись, и специальный манипулятор вывел телескоп из отсека. Hubble начал свое путешествие на высоте 612 км над Землей. Процесс выведения аппарата снимался на несколько камер IMAX, и вместе с одной из более поздних ремонтных миссий, вошел в фильм Destiny in Space (1994). Телескоп еще несколько раз попадал в фокус IMAX-кинематографистов, став героем фильмов Hubble: Galaxies Across Space and Time (2004) и Hubble 3D (2010). Впрочем, научно-популярное кино приятный, но все-таки побочный результат работы орбитальной обсерватории.

Зачем нужны космические телескопы?

Главная проблема оптической астрономии – помехи, вносимые атмосферой Земли. Крупные телескопы уже давно строят высоко в горах, в отдаление от больших городов и индустриальных центров. Отдаленность частично решает проблему смога как реального, так и светового (засвечивание ночного неба искусственными источниками освещения). Расположение же на большой высоте позволяет снизить влияние турбулентности атмосферы, ограничивающей разрешающую способность телескопов, и увеличить число пригодных для наблюдения ночей.

Кроме уже названных неудобств, прозрачность земной атмосферы в ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-диапазонах оставляет желать лучшего. Похожие проблемы наблюдаются и в части инфракрасного спектра. Еще одно препятствие на пути наземных наблюдателей – Рэлеевское рассеяние, то самое, что объясняет голубой цвет неба. Из-за этого явления спектр наблюдаемых объектов искажается, смещаясь в красный.

Hubble в грузовом отсеке шатла Discovery. Вид с одной из IMAX-камер.

Но все же главная проблема – неоднородность земной атмосферы, наличие в ней областей с разной плотностью, скоростью движения воздуха и т.д. Именно эти явления приводят к хорошо известному всем мерцанию звезд, видимому невооруженным взглядом. На многометровой оптике больших телескопов проблема только усугубляется. В итоге разрешение наземных оптических приборов в независимости от размера зеркала и апертуры телескопа ограничено значением около 1 угловой секунды.

Вынос телескопа в космос позволяет избежать всех этих проблем и поднять разрешение на порядок. Например теоретическое разрешение телескопа Hubble при диаметре зеркала 2,4 м составляет 0,05 угловой секунды, реальное – 0,1 секунды.

Проект Hubble. Начало

Впервые о позитивном эффекте от переноса астрономических инструментов за пределы земной атмосферы ученые заговорили задолго до наступления космической эры, еще в 30-х годах прошлого века. Одним из энтузиастов создания внеземных обсерваторий стал астрофизик Лайман Спитцер. Так, в статье 1946 г. он обосновал основные преимущества космических телескопов, а в 1962 г. опубликовал доклад, рекомендовавший Национальной академией наук США включить разработку такого устройства в космическую программу. Вполне ожидаемо в 1965 г. Спитцер стал главой комитета, определяющего круг научных задач для подобного крупного космического телескопа. Позднее в честь ученого был назван запущенный в 2003 году инфракрасный космический телескоп Spitzer Space Telescope (SIRTF) с 85-сантиметровым основным зеркалом.

Инфракрасный телескоп Spitzer.

Первой же внеземной обсерваторией стал аппарат Orbiting Solar Observatory 1 (OSO 1), запущенный в 1962 г., всего через 5 лет после начала космической эры, для изучения солнца. Всего же по программе OSO с 1962 по 1975 гг. было создано 8 аппаратов. А в 1966 г. параллельно ей стартовала еще одна программа – Orbiting Astronomical Observatory (OAO), в рамках которой в 1966–1972 гг. были запущены четыре орбитальных ультрафиолетовых и рентгеновских телескопа. Именно успех миссий OAO стал отправной точкой для создания большого космического телескопа, который на первых порах назывался просто Large Orbiting Telescope или Large Space Telescope. Имя Hubble в честь американского астронома и космолога Эдвина Хаббла аппарат получил только в 1983 г.

Изначально предполагалось построить телескоп с 3-метровым основным зеркалом и доставить его на орбиту уже в 1979 г. Причем обсерватория сразу разрабатывалась так, чтобы телескоп можно было обслуживать прямо в космосе и здесь очень кстати пришлась развивающаяся параллельно программа Space Shuttle, первый полет по которой произошел 12 апреля 1981 г. Скажем прямо, модульная конструкция была гениальным решением – челноки пять раз летали к телескопу проводя ремонт и апгрейд оборудования.

А дальше начался поиск денег. Конгресс то отказывал в финансировании, то опять выделял средства. NASA и научное сообщество развернули беспрецедентную общенациональную программу лоббирования проекта Large Space Telescope, включавшую массовую рассылку писем (тогда еще бумажных) законодателям, личные встречи ученых с конгрессменами и сенаторами и т.д. Наконец-то в 1978 г. Конгресс выделил первые $36 млн., плюс часть затрат согласилось взять на себя Европейское космическое сообщество (ESA). Проектирование обсерватории началось, а новой датой запуска был назначен 1983 г.

Зеркало для героя

Самая важная часть оптического телескопа – зеркало. К зеркалу же космического телескопа предъявлялись особые требования в связи с его более высокой, чем у земных аналогов разрешающей способностью. Работы над основным зеркалом Hubble диаметром 2,4 м начались в 1979 г., а исполнителем выбрали компанию Perkin-Elmer. Как показали дальнейшие события, это была фатальная ошибка.

В качестве заготовки было использовано стекло со сверхнизким коэффициентом теплового расширения от компании Corning. Да, той самой, знакомой вам по стеклу Gorilla Glass, защищающему экраны ваших смартфонов. Точность полировки, для которой впервые применялись новомодные станки с ЧПУ, должна была составлять 1/65 длины волны красного света или 10 нм. Затем зеркало нужно было покрыть слоем алюминия в 65 нм и защитным слоем из фторида магния толщиной в 25 нм. NASA, сомневаясь в компетенции Perkin-Elmer, и опасаясь проблем с использованием новой технологии, параллельно заказала Kodak резервное зеркало, выполненное традиционным способом.

Полировка основного зеркала Hubble на заводе Perkin-Elmer, 1979 г.

Опасения NASA оказались ненапрасными. Полировка основного зеркала продолжалась до конца 1981 года, так что запуск был перенесен сначала на 1984 г., затем, в связи с затягивание производства остальных компонентов оптической системы, на апрель 1985 г. Задержки в работе Perkin-Elmer достигли катастрофических масштабов. Запуск был еще дважды отложен, сначала на март, а затем на сентябрь 1986 г. При этом общий бюджет проекта к тому моменту составил уже $1,175 млрд.

Катастрофа и ожидание

28 январе 1986 г., на 73 секунде полета над мысом Канаверел взорвался космический челнок Challenger с семью астронавтами на борту. На долгих два с половиной года США прекратила пилотируемые полеты, а запуск Hubble был отложен на неопределенный срок.

Полеты Space Shuttle возобновились в 1988 г., и запуск аппарата теперь был назначен на 1990 г., через 11 лет после первоначальной даты. Четыре года телескоп с частично включенными бортовыми системами хранился в специальном помещении с искусственной атмосферой. Только расходы на хранение уникального устройства составили около $6 млн. в месяц! К моменту запуска общая стоимость создания космической лаборатории оценивалась в $2,5 млрд. вместо планировавшихся $400 млн. На сегодня, с учетом инфляции, это более $10 млрд!

Были в этой вынужденной задержке и положительные стороны – разработчики получили дополнительное время на доработку спутника. Так, солнечные батареи были заменены на более эффективные (в дальнейшем это сделают еще два раза, но уже в космосе), модернизирован бортовой компьютер, доработано наземное программное обеспечение, которое, оказывается, было совершенно не готово к 1986 г. Если бы телескоп внезапно вывели в космос в положенный срок, наземные службы просто не смогли бы с ним работать. Разгильдяйство и перерасход средств случаются даже в NASA.

И вот наконец-то, 24 апреля 1990 г., Discovery вывел Hubble в космос. Начался новый этап в истории астрономических наблюдений.

Невезучий везучий телескоп

Если вы думаете, что на этом злоключение Hubble закончили, то глубоко ошибаетесь. Неприятности начались прямо во время запуска – одна из панелей солнечных батарей отказалась разворачиваться. Астронавты уже надевали скафандры, готовясь к выходу в открытый космос для решения проблемы, как панель освободилась и заняла положенное место. Впрочем, это было только начало.

Манипулятор Canadarm выпускает Hubble в свободный полет.

Буквально в первые же дни работы с телескопом ученые обнаружили, что Hubble не может выдать резкое изображение и его разрешение ненамного превосходит земные телескопы. Многомиллиардный проект оказался пустышкой. Достаточно быстро выяснилось, что Perkin-Elmer не только неприлично затянула производство оптической системы телескопа, но и допустила серьезную ошибку при полировке и монтаже основного зеркала. Отклонение от заданной формы по краям зеркала составляло 2 мкм, что привело к появлению сильной сферической аберрации и снижению разрешение до 1 угловой секунды, вместо запланированных 0,1.

Причина ошибки была просто позорной для Perkin-Elmer и должна была бы поставить крест на существовании фирмы. Главный нуль-корректор, специальный оптический прибор для проверки больших асферических зеркал, был установлен неправильно – его линза оказалась сдвинута на 1,3 мм относительно верного положения. Техник, производивший сборку прибора, просто ошибся при работе с лазерным измерителем, а когда обнаружил непредвиденный зазор между линзой и поддерживающей ее конструкцией, компенсировал его с помощью обычной металлической шайбы.

Тем не менее, проблемы удалось бы избежать, если бы в Perkin-Elmer, в нарушение строгих инструкции по контролю качества, просто не проигнорировали бы показания дополнительных нуль-корректоров, указывающих на наличие сферической аберрации. Так из-за ошибки одного человека и разгильдяйства менеджеров Perkin-Elmer многомиллиардный проект подвис на волоске.

Хотя у NASA и было запасное зеркало, созданное Kodak, а дизайн телескопа подразумевал обслуживание на орбите, замена основного компонента в открытом космоса была невозможна. В итоге, после определения точной величины оптических искажений, был разработан специальный прибор для их компенсации – Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR). Попросту говоря – механический патч для оптической системы. Для его установки пришлось демонтировать одно из имевшихся на Hubble научных устройств; посовещавшись, ученые решили пожертвовать высокоскоростным фотометром.

Астронавты обслуживают Hubble во время первой ремонтной миссии.

Ремонтная миссия на шатле Endeavour стартовала только 2 декабря 1993 года. Все это время Hubble проводил измерения и съемки независящие от величины сферической аберрации, кроме того, астрономам удалось разработать достаточно действенный алгоритм постобработки, компенсирующий часть искажений. Чтобы демонтировать один прибор и установить COSTAR понадобилось 5 дней работы и 5 выходов в открытый космос, общей продолжительностью 35 часов! А перед миссией астронавты учились использовать около сотни уникальных инструментов, созданных для обслуживания Hubble. Кроме установки COSTAR была произведена замена основной камеры телескопа. Стоит понимать, что и прибор коррекции, и новая камера – это устройства размером с большой холодильник с соответствующей массой. Вместо Wide Field/Planetary Camera, имеющей 4 CCD-сенсора производства Texas Instruments с разрешением 800×800 пикселей, была установлена Wide Field and Planetary Camera 2, с новыми сенсорами дизайна NASA Jet Propulsion Laborator. Несмотря на аналогичное предыдущему разрешение четырех матриц, благодаря их особому расположению достигалось большее разрешение при меньшем угле обзора. Заодно на Hubble заменили солнечные панели и управляющую ими электронику, четыре гироскопа системы ориентации, несколько дополнительных модулей и т.д. Уже 13 января 1994 г. NASA продемонстрировала общественности намного более четкие снимки космических объектов.

Изображение галактики M100 до и после установки COSTAR.

Одной ремонтной миссией дело не ограничилось, шатлы летали к Hubble пять раз (!), что делает обсерваторию самым посещаемым искусственным внеземным объектом кроме МКС и советских орбитальных станций.

Вторая сервисная миссия, в ходе которой был заменен ряд научных приборов и бортовых систем, состоялась в феврале 1997 года. Астронавты опять пять раз выходили в открытый космос и суммарно провели за бортом 33 часа.

Третья ремонтная миссия была разбита на две части, причем первую из них пришлось выполнять вне графика. Дело в том, что у Hubble вышли из строя три из шести гироскопов системы ориентации, что усложняло наведение телескопа на цель. Четвертый гироскоп «сдох» за неделю до старта ремонтной команды, сделав космическую обсерваторию неуправляемой. Экспедиция вылетела на спасание телескопа 19 декабря 1999 года. Астронавты заменили все шесть гироскопов и провели апгрейд бортового компьютера.

Первый бортовой компьютер Hubble – DF-224.

В 1990 году Hubble стартовал с широко используемым NASA на протяжение 80-х годов (вспомним, дизайн обсерватории создавался еще в 70-х) бортовым компьютером DF-224. Эта система производства Rockwell Autonetics, имеющая массу 50 кг и размеры 45×45×30 см, была оснащена тремя процессорами с частотой 1,25 МГц, два из них считались резервными и поочередно включались в случае отказа основного и первого резервного ЦПУ. Система оснащалась памятью объемом 48К килослов (одно слово равно 32 байтам), причем одновременно было доступно только 32 килослова.

Естественно, к середине 90-х такая архитектура была уже безнадежно устаревшей, так что в ходе сервисной миссии DF-224 был заменен на систему на базе специального, защищенного от радиации чипа Intel i486 с тактовой частотой 25 МГц. Новый компьютер был в 20 раз быстрей DF-224 и имел в 6 раз больше оперативной памяти, что позволило ускорить обработку многих задач и использовать современные языки программирования. Кстати, чипы Intel i486 для встроенных систем, в том числе для использования в космической технике, выпускались вплоть до сентября 2007 года!

Астронавт снимает с Hubble накопитель на магнитной ленте для возвращения на Землю.

Была заменена и бортовая система хранения данных. В оригинальном дизайне Hubble это был катушечный накопитель родом из 70-х, способный обеспечить промежуточное хранение 1,2 ГБ данных. В ходе второй ремонтной миссии один из таких «бобинных магнитофонов» был заменен на SSD-накопитель. Во время третьей миссии поменяли и второй «бобинник». SSD позволяет хранить в 10 раз больше информации – 12 ГБ. Впрочем, не стоит сравнивать его с SSD в вашем ноутбуке. Главный накопитель Hubble имеет размер 30×23×18 см и весит целых 11,3 кг!

Четвертая миссия, официально именуемая 3B, отправилась к обсерватории в марте 2002 года. Основная задача – установка новой камеры Advanced Camera for Surveys. Инсталляция этого прибора позволила отказаться от использования корректирующего устройства, работавшего с 1993 г. У новой камеры было два состыкованных CCD-детектора размером 2048 × 4096 точек, что давала суммарное разрешение 16 Мп, против 2,5 Мп у предыдущей камеры. Были заменены некоторые научные приборы, так что в итоге на борту Hubble не осталось ни одного инструмента из оригинального набора, отправившегося в космос в 1991 году. Кроме того, астронавты во второй раз заменили солнечные батареи спутника на более эффективные, вырабатывающие на 30% больше энергии.

Advanced Camera for Surveys в чистой комнате, перед загрузкой на шатл.

Пятый полет к Hubble произошел шесть лет назад, в 2009 году, на излете программы Space Shuttle. Т.к. было известно что это финальная ремонтная миссия, телескопу провели капитальный ремонт. Снова были заменены все шесть гироскопов системы ориентации, один из датчиков точного наведения, установлены новые никель-водородные аккумуляторы вместо старых, проработавших на орбите 18 лет, отремонтирована поврежденная обшивка и т.д.

Астронавт отрабатывает на Земле замену аккумуляторов Hubble. Масса блока батарей – 181 кг.

Всего в течении пяти сервисных миссий астронавты потратили на ремонт телескопа 23 дня, проведя в безвоздушном пространстве 164 часа! Уникальное достижение.

Instagram для телескопа

Еженедельно Hubble отправляет на Землю около 140 ГБ данных, которые собираются в специально созданном для управления всеми орбитальными телескопами Space Telescope Science Institute. Объем архива составляет на сегодня около 60 TB данных (1,5 млн. записей), доступ к которым открыт для всех желающих, как и к самому телескопу. Заявку на использование Hubble может подать кто угодно, вопрос в том, удовлетворят ли ее. Впрочем, если у вас нет степени по астрономии можете даже не пытаться, вы скорее всего не прорветесь даже через форму заявки на получение информации о снимке.

Кстати, все фотографии, передаваемые Hubble на Землю, монохромные. Сборка цветных фото в реальных или искусственных цветах происходит уже на Земле, путем наложения ряда монохромных снимков, сделанных с различными светофильтрами.

«Столбы творения» – одна из самых впечатляющих фотографий Hubble 2015 года. Туманность Орла, расстояние 4000 световых лет.

С уже обработанными наиболее впечатляющими фотографиям, сделанным с помощью Hubble, можно познакомится на сайтах HubbleSite , официальном подсайте NASA или ESA , сайте, посвященном 25-летию телескопа .

Естественно, есть у Hubble свой твиттер-аккаунт, даже два –

Транзитный космический телескоп (Transiting Exoplanet Survey Satellite, сокращенно TESS) – предстоящая миссия NASA, которая исследует около 200 тыс. звезд, чтобы найти признаки наличия у них экзопланет.

На заметку! Экзопланетами, или внесолнечными планетами, называют планеты, находящиеся за пределами Солнечной системы. Изучение этих небесных объектов долгое время было недоступно исследователям – в отличие от звезд, они слишком малы и тусклы.

Поиску экзопланет, имеющих схожие с Землей условия, NASA посвятила целую программу. Она состоит из трех этапов. Главный исследователь, Джордж Рикер из Института астрофизики и космических исследований им. Кавли, назвал проект «миссией века».

В качестве миссии спутник был предложен в 2006 году. Спонсорами стартапа выступили такие известные компании, как Kavli Foundation, Google, инициативу также поддержал Массачусетский технологический институт.

В 2013 году TESS был включен в программу NASA Explorer. TESS рассчитан на 2 года. Ожидается, что в первый год космический аппарат будет исследовать Южное полушарие, во второй – Северное полушарие.

«TESS предвидит открытие тысяч экзопланет любых размеров, в том числе десятки сопоставимых по размеру с Землей», – говорится в заявлении Массачусетского технологического института (MIT), который возглавляет миссию.

Цели и задачи телескопа

Спутник является продолжением успешной миссии космического телескопа NASA Кепплер, запущенного в 2009 г.
Как и Kepler, TESS будет вести поиск, ориентируясь на изменение яркости звезд. Когда экзопланета проходит перед звездой (так называемый транзит), она отчасти затмевает излучаемый звездой свет.

Эти провалы яркости и могут указывать на то, что вокруг звезды вращаются одна или несколько планет.

Однако, в отличие от Кепплера, новая миссия сосредоточится на звездах, в 100 раз более ярких, отберет наиболее подходящие для детального изучения и определит цели для будущих миссий.

TESS будет сканировать небо, поделенное на 26 секторов площадью 24 на 96 градусов. Мощные камеры на космическом корабле будут фиксировать малейшие изменения в свете звезд в каждом секторе.

Руководитель проекта Рикер отметил, что за время миссии команда рассчитывает открыть несколько тысяч планет. «Эта задача шире, она выходит за рамки обнаружения экзопланет. Изображения с TESS позволят сделать ряд открытий в астрофизике», – добавил он.

Возможности и характеристики

Телескоп TESS по сравнению с предшественником – Кепплером – более совершенен. У них одна цель, оба используют «транзитную» технику поиска, но возможности различны.

Распознавший более двух тысяч экзопланет Кепплер свою основную миссию провел, наблюдая за узким участком неба. TESS имеет область обзора, почти в 20 раз большую, что позволяет ей обнаружить большее количество небесных объектов.

Следующим эстафету в изучении экзопланет примет космический телескоп Джеймс Вебб.

Webb будет сканировать объекты, идентифицированные TESS, более детально – на наличие водяного пара, метана и других атмосферных газов. Его планируют вывести на орбиту в 2019 году. Эта миссия должна стать завершающей.

Оборудование

По данным NASA, на космическом корабле с солнечной батареей находятся четыре широкоугольных оптических телескопа – рефрактора. В каждый из четырёх приборов встроены полупроводниковые камеры с разрешением 67,2 Мп, которые способны работать в спектральном диапазоне от 600 до 1000 нанометров.

Современное оборудование должно обеспечить широкий обзор всего неба. Телескопы будут наблюдать конкретный участок в промежутке от 27 до 351 дня и затем переходить к следующему, последовательно пройдя оба полушария в течение двух лет.

Данные мониторинга будут обрабатываться и храниться на борту спутника в течение трёх месяцев. Аппарат передаст на Землю только те данные, которые могут представлять научный интерес.

Орбита и запуск

Одной из самых сложных задач для команды оказались расчеты уникальной орбиты для космического корабля.

Аппарат запустят на высокую эллиптическую орбиту вокруг Земли – он дважды обогнет Землю за то время, пока Луна пройдет полный круг. Этот тип орбиты наиболее стабилен. Здесь нет космического мусора и сильного излучения, способного вывести спутник из строя. Аппарату будет легко обмениваться данными с наземными службами.

Сроки запуска

Однако есть и минус – такая траектория ограничивает временные возможности запуска: он должен быть синхронизирован с орбитой Луны. У корабля остается небольшое «окно» – с марта по июнь – пропустив этот срок, миссия не сможет выполнить запланированные задачи.

Согласно опубликованному бюджету NASA, содержание экзопланетного телескопа в 2018 г. обойдется агентству почти в 27,5 млн долл. при общей стоимости проекта 321 млн долл.
Космический аппарат будет вращаться на орбите, которая никогда ранее не использовалась. Эллиптическая орбита, называемая P / 2, составляет ровно половину орбитального периода Луны. Это означает, что TESS будет делать полный оборот вокруг Земли каждые 13,7 дня.
За право запустить спутник аэрокосмическая корпорация Илона Маска выдержала серьезную конкуренцию с Boeng. Статистика и NASA оказались на стороне
Разработку приборов – от бортовых телескопов до оптических приёмников – профинансировала Google.

Ожидается, что TESS обнаружит тысячи кандидатов на звание экзопланеты. Это поможет астрономам лучше понять структуру планетных систем и дать представление о том, как сформировалась наша Солнечная система.

Получить невозможно. Именно поэтому телескопы и запускают в Космос.

У всех этих устройств разное «зрение». Одни виды телескопов изучают космические объекты в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне, другие — в рентгеновском. В этом и кроется причина создания все более совершенных космических систем для глубокого изучения .

Космический телескоп «Хаббл» (Hubble Space Telescope)

Телескоп «Кеплер» (Kepler)

Телескоп «Кеплер» был запущен NASA 6 марта 2009 года. Его специальное предназначение — поиск экзопланет. В задачи телескопа входит наблюдение за яркостью более чем 100 тыс. звезд на протяжении 3,5 лет, в течение которых он должен определить количество планет, подобных , находящихся на пригодном для возникновения жизни расстоянии от своих солнц. Составить подробное описание этих планет и форм их орбит, изучить свойства звезд, обладающих планетарными системами и многое другое. На сегодняшний день «Кеплер» уже выявил пять звездных систем и сотни новых планет, 140 из которых по своим характеристикам похожи на

Бывший Арзамас-16 (сегодня - Саров), колыбель первой атомной бомбы и он же - Федеральный ядерный центр РФ вновь удивил: ученые Сарова создали рентгеновский супертелескоп для поиска внеземных цивилизаций ART-XC. Он войдет в состав Международной астрофизической обсерватории «Спектр-Рентген -Гамма». Эта обсерватория включает в себя сразу два телескопа. Помимо изделия саровских ученых в состав обсерватории входит и телескоп из Германии с оптикой косого падения eRosita.

Международная астрофизическая обсерватория «Спектр-Рентген-Гамма» должна была подняться в небо еще в 2013 году. Но помешали технические сложности: долго решался вопрос с ракетоносителем. В итоге отказались от помощи Украины. Лед, наконец, тронулся. Обсерватория готовится к запуску в космос.

Мегапроект 21 века

«Проект „Спектр-РГ“ российские ученые начали обсуждать с иностранными партнерами еще в марте 2005 года, - рассказывает доктор технических наук, профессор Игорь Острецов . - Окончательный облик обсерватория приобрела осенью 2008 года, тогда же было выбрано окончательно и положение аппарата - в точке Лагранжа L2 системы Солнце-Земля и зафиксирован приборный состав - два рентгеновских телескопа. Потом было подписано Соглашение между Роскосмосом и германским аэрокосмическим агентством DLR. Основой обсерватории будет платформа „Навигатор“, разработанная в НПО имени Лавочкина».

«Над этим мегапроектом 21 века работали не только учёные ВНИИ экспериментальной физики из Сарова, но и сотрудники Института космических исследований РАН, НПО имени С.А. Лавочкина (Химки), а также ученые (уже упомянутого) Института Макса Планка (Гаршинг), Института астрофизики (Потсдам), - рассказал заместитель директора Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук Михаил Павлинский . - „Спектр-Рентген-Гамма“ впервые сделает полный обзор всего неба с рекордной чувствительностью, угловым и энергетическим разрешением в жёстком диапазоне энергий. Будет открыто около 3 миллионов новых ядер активных галактик и до 100 тысяч новых скоплений галактик. Обсерватория сможет зарегистрировать все существующие во Вселенной крупные скопления галактик».

Обсерваторию планируется вывести в точку Лагранжа L2 в системе «Солнце - Земля» на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли. Оптимальная дата запуска космического аппарата приходится на 25 сентября 2017 года. Перелёт в точку Лагранжа должен занять 100 суток. Программа работы обсерватории рассчитана на 7 лет, из которых первые 4 года займет обзор всего неба. Остальные 3 года планируется выборочное наблюдение на небе.

Обсерваторию намереваются вывести в космос при помощи тяжёлой ракеты-носителя «Протон». Но рассматриваются и другие варианты.

Субнано-технологии

«Проектом предусматривается создание орбитальной астрофизической рентгеновской обсерватории с расширенным в сторону жёстких энергий энергетическим диапазоном, - рассказывает доктор технических наук Дмитрий Литвин . - В течение семилетнего рабочего цикла будет создана карта рентгеновских источников. При этом ожидается открытие нескольких тысяч внегалактических источников. Будут проведены детальные рентгеновские исследования галактических и внегалактических объектов. В результате ожидается существенное расширение экспериментальных данных об эволюции Вселенной, в частности, по широко обсуждаемой проблеме „темной“ материи».

Зеркальная фокусирующая оптика с требуемым уровнем углового разрешения в столь жестком спектральном диапазоне в России создается впервые. В мире такой технологией обладает только NASA. Для обеспечения требуемой отражательной способности поверхность должна быть практически идеальной, так как допустимый размер микронеровностей не должен превышать размер атома. Речь нужно вести уже не о нано, а о субнано-технологии.

Кстати, на начальном этапе велись переговоры о более широком представительстве в проекте с Европейским космическим агентством, а также Центром космических исследований Великобритании. И предусматривалась постановка рентгеновского монитора всего неба, для фиксации появления интенсивных источников в реальном времени, а также спектрометра рентгеновского излучения со сверхвысоким разрешением. По разным причинам ряд приборов в проект не вошел. Германский рентгеновский зеркальный телескоп eROSITA будет использоваться в спектральном диапазоне 0.5−10 кэВ. Относительно небольшая энергия квантов облегчает изготовление зеркальной оптики и позволяет использовать хорошо отработанные кремниевые спектрометры. Соответственно, можно ожидать высокого углового разрешения при достаточной эффективности регистрации и спектральном разрешении. Телескоп позволит расширить и уточнить данные наблюдений предыдущих проектов.

Российский рентгеновский зеркальный телескоп ART-XC рассчитан на энергии квантов 6−30 кэВ. Освоение более жесткого спектрального диапазона российского телескопа усложняет производство оптики и регистрирующей части, но представляет особый интерес в силу ряда причин: повышенная проникающая способность, возможность наблюдать далекие области космоса и заглянуть внутрь сильно поглощающих систем. соответствие спектру излучения наиболее горячих областей Вселенной.

2 миллиарда планет

«Помимо поисков „темной энергии“ „Спектр-РГ“ будет изучать нейтронные и сверхновые звезды, гамма-всплески, - продолжает наш разговор профессор Игорь Острецов. - Полученные данные должны помочь ученым в исследовании загадочной „темной“ энергии. C пониманием природы этого явления станет возможным доказательство существования пятого измерения: привычный мир содержит три пространственных и одно временное измерение».

Анализ сконцентрированных рентгеновских лучей даст ученым информацию о физических процессах и геометрии их источников, которыми могут быть коронально активные звезды, рентгеновские двойные, белые карлики, остатки вспышек сверхновых.

«Внутри черных дыр могут существовать формы жизни, в том числе в виде высокоразвитых цивилизаций, которые в силу разных причин не хотят раскрывать свое местоположение перед „братьями по разуму“, - считает сотрудник Института ядерных исследований РАН Вячеслав Докучаев . - Но проблема заключается в том, что обнаружить эти формы жизни не позволяет так называемый горизонт событий - первичная область черных дыр, где время и пространство сливаются воедино.
По утверждениям ученых-астрофизиков, в Млечном Пути может содержаться около двух миллиардов планет. Такая оценка была сделана по итогам анализа данных, собранных телескопом „Кеплер“».

Третья революция

И сегодня учёные говорят о третьей революции в астрономии и астрофизике. Космическая эра произвела вторую революцию в астрономии и астрофизике после первой - изобретения оптического телескопа Галилео Галилеем в 16 веке. Ученые из Сарова подготовили третью революцию.

Заметим, что работы по созданию супертелескопа начинались трижды, и трижды технологии не позволяли продвинуться вперед. И только во ВНИИ экспериментальной физики в Сарове эта технология была освоена. Орбитальная обсерватория будет производить полный обзор всего неба с рекордными чувствительностью, угловым и энергетическим разрешением. Одним из центральных приборов, с помощью которых будут решаться научные задачи, поставленные перед «Спектр РГ», и будет телескоп, способный вычленять и анализировать слабые рентгеновские сигналы из высокого фонового излучения. Для достижения этой цели были разработаны уникальные концентраторы рентгеновских лучей, основу которых составляет поликапиллярная оптика, изобретенная профессором М. Кумаховым в Институте рентгеновской оптики.
И рентгеновский телескоп, и рентгеновские зеркала отличаются тем, что позволяют смотреть на Вселенную прозрачно, а это дает возможность исследовать ее в совершенно новом качестве. Телескоп поможет исследовать новую физику и новые физические явления космоса. Чувствительность телескопа из Федерального ядерного центра превзойдет все существующие рентгеновские телескопы в 10 раз.

Оба телескопа - и российский, и германский - сегодня находятся в сборочных цехах НПО имени Лавочкина в Химках. Они ждут, когда начнутся стыковки со спутником. В соответствии с Федеральной космической программой запуск космического аппарата планировался на 2013 год, потом на год позже… Есть надежда, что запуск состоится в сентябре 2017 года. Сегодня планируется, что космическая обсерватория «Спектр-РГ» возможно будет выведена на орбиту на «Протоне-М» с разгонным блоком ДМ-3.

«Мы начали самостоятельный полет. Есть прочные контакты с измерительными пунктами в Медвежьих озерах и Уссурийске. Раскрылись солнечные батареи, нашли Солнце, заняли стабилизированное положение и имеем положительный энергобаланс»… Так начал общение с прессой глава НПО им. Лавочкина Виктор Хартов 18 июля вскоре после запуска «РадиоАстрона». После этого стало ясно: старт прошел успешно, и у многих любителей астрономий эта радостная новость едва ли не вызвала слезы на глазах.

Почти четверть века, двадцать с лишним лет Россия не выводила в космос астрономические инструменты!

История «Радиоастрона» имеет полувековую историю. Идея вывода в космос радиотелескопа принадлежит выдающемуся радиоастроному, ученику И. С. Шкловского Николаю Семеновичу Кардашеву. Вначале он предлагал создать огромную надувную антенну, но к тому времени как проект получил официальный статус (произошло это в 80-е годы), размер телескопа существенно уменьшился. В 90-е годы проект был фактически заморожен, в последнюю декаду, несмотря на увеличение финансирования, запуск неоднократно откладывался. И вот теперь «Радиоастрон» на орбите!

Впрочем, пока радоваться преждевременно, ведь сегодня, 22 июля, должна раскрыться антенна радиотелескопа. Затем «Радиоастрон» будет наблюдать Луну для калибровки. Затем будут калиброваться системы ориентации. Это будет делаться путем измерения одного из ярких источников радиоволн. В целом аппарат будет работать от двух до трех месяцев в тестовом режиме. И только потом приступит к научным наблюдениям.

Здесь может последовать вопрос: а зачем выводить в космос радиотелескоп, ведь это не даст инструменту преимуществ по сравнению с наземными аналогами, как, например, в случае с оптическими телескопами? Ответ прост: все дело в базе. «Радиоастрон» - это телескоп, предназначенный работать в связке с наземными радиотелескопами. Вместе они создадут сверхдлинную базу, примерно в 30 раз большую, чем существующие сейчас, ограниченные диаметром Земли. Это значит, что с помощью «Радиоастрона» мы сможем исследовать Вселенную с угловым разрешением в одну миллионную угловой секунды!

Это позволит детально изучить природу источника энергии в ядрах активных галактик, исследовать эволюцию компактных внегалактических источников радиоизлучения, получить новые данные о пульсарах, микроквазарах и радиозвездах, наконец, сделать существенный вклад в фундаментальную астрометрию. Одним словом, даже сегодня, спустя полвека после первой идеи космического радиотелескопа, «Радиоастрон» представляет собой уникальный инструмент, не имевший и не имеющий аналогов в мире.

Какое счастье, что коллектив не разбежался в лихие 90-е и продолжил работу в тяжелые 2000-е. И как же здорово, что «Радиоастрон» все-таки запущен! Теперь - следующий шаг. Сплюнем три раза и подождем раскрытия антенны. А там глядишь, и подоспеют первые научные результаты. Они нам очень нужны, а особенно - молодому поколению наших ученых.

18 июля 2011 года. Космодром «Байконур». Ракета «Зенит» с разгонной ступенью «Фрегат» выводят на орбиту радиотелескоп «Спектр-Р» или «Радиоастрон»

В связи с удачным запуском поздравления принимает академик Н. С. Кардашев. Фото: Владимир А. Самодуров

Интересная статья о запуске «Радиоастрона» опубликована в газете