Исследование дальнего космоса


За Окой, на границе Московской и Тульской областей в наукограде Пущино создаётся наше астрофизическое будущее. Пущинская обсерватория не прославилась в публичной сфере мировыми открытиями, хотя специалисты помнят достижения прошлого, зато как технологическая и испытательная площадка сегодня, как и полвека назад вносит свой важный вклад в изучение дальнего космоса. В наши дни там создается и испытывается самый сложный российский космический телескоп.

В советские годы в Пущино осваивали технологию РСДБ, которая впоследствии позволила увидеть «тень черной дыры». В этой технологии используется несколько телескопов, размещенных на большом расстоянии друг от друга, данные с которых суммируются так, будто наблюдения велись с одного гигантского телескопа. В 90-е здесь создавали радиотелескоп КРТ-10, который стал основой радиоастрономической программы «РадиоАстрон». Сегодня же здесь не только ловят быстрые радиовсплески живописными радиотелескопами, но и создают новый космический телескоп миллиметрового диапазона — «Миллиметрон».


О том, почему важно наблюдать Вселенную во всех диапазонах электромагнитного излучения, и как для этого создаются космические телескопы серии «Спектр» мы говорили ранее. Несколько лет назад ученых радовал космический радиотелескоп «Спектр-Р», в настоящее время открытия дарит рентгеновский «Спектр-РГ», готовятся «Спектр-УФ» и «Спектр-М». Последний «Спектр», он же «Миллиметрон», должен завершить эту серию.

Мне удалось побывать в лаборатории, где ведется разработка и испытание самого сложного элемента «Миллиметрона» — десятиметрового углеволоконного главного зеркала телескопа.

▍ Что главное в телескопе?

Самая важная часть телескопа, начиная от радио- и заканчивая ультрафиолетовыми — это главное зеркало. Оно позволяет собирать электромагнитное излучение и фокусировать на принимающие детекторы. Чем больше излучения может собрать зеркало и направить в нужную точку, тем «резче» телескоп, или в научных терминах — выше его угловое разрешение. Поэтому у главного зеркала телескопа есть два ключевых показателя, от которых зависят его характеристики — диаметр, и качество поверхности.

Казалось бы с диаметром всё понятно — чем больше тем лучше, но разрешение телескопа напрямую зависит ещё и от длины электромагнитной волны, на которой ведутся наблюдения. При равном диаметре зеркала, чем короче наблюдаемые волны тем будет выше «резкость» телескопа. Такая же зависимость у качества поверхности — чем короче длина волны, тем выше требование к гладкости зеркала. Понятное дело, если мы хотим наблюдать коротковолновое излучение нам нужно добиться высокого качества поверхности зеркала.


Неровности зеркала, или как говорят ученые «среднеквадратичные отклонения» должны быть в 14 раз короче длины волн, для собирания которых создается телескоп. Например телескопам для наблюдения в диапазоне метрового излучения, даже не нужна привычная «тарелка», точнее не нужно её заполнение — достаточно натянуть металлическую сетку на тарельчатый каркас.

Телескопам сантиметрового диапазона достаточно гладкости в пределах миллиметра. Поэтому традиционные тарельчатые антенны нами не воспринимаются как зеркала из-за неровностей поверхности, хотя в своем диапазоне они прекрасно отражают.

РТ-22 радиотелескоп в Пущино

Миллиметровые телескопы должны иметь уже микрометровое качество поверхности. А в зеркалах субмиллиметровых телескопов уже можно увидеть отражение, хотя и довольно «шумное».

Субмиллиметровый телескоп SEST обсерватории Ла Силла. Фото: ESO/Юрий Белецкий

▍ Как сделать космический телескоп?

С наземными телескопами ученым проще — их можно изготавливать гигантскими, устанавливать на массивные каркасы, корректировать зеркало после установки. В космосе же такое повторить намного сложнее. Грузоподъемность ракет ограничена, как и пространство под обтекателем. Например телескоп Hubble или инфракрасный Herschel — «подкалиберные», т.е. целиком помещались под головной обтекатель и разворачивали в космосе только солнечные батареи и антенны.


«РадиоАстрон» же имел раскладную антенну, неровности которой не должны были превышать примерно 2 мм. Но даже такой показатель удалось выдержать примерно только на половине площади антенны для самой короткой длины волны.

Космическая обсерватория «Спектр-Р» в сборочном комплексе НПО Лавочкина.

Именно из-за этих сложностей, раскладное зеркало будущего космического инфракрасного телескопа NASA James Webb — просто фантастика, потому что там самая короткая длина волны — 600 нанометров, соответственно погрешности зеркала не должны превышать 42 нанометра. Нанометр, напомню — это одна миллионная часть миллиметра.

Процесс развертывания телескопа JWST. NASA

Миллиметровый диапазон лежит между радиоволнами и инфракрасными лучами, поэтому сложность создания «Миллиметрона» где-то между «РадиоАстроном» и James Webb. Для зеркала «Миллиметрона» допускаются отклонения до 5 микрон (микрон, микрометр — это одна тысячная миллиметра). И для нашей космонавтики это столь же амбициозный и сложный вызов, как и инфракрасный телескоп-трансформер для NASA.

Чтобы повысить качество наблюдений, снизить шум, и расширить возможности ловли самого слабого излучения, зеркала «Миллиметрона» планируется охлаждать до сверхнизких температур. И это желание ученых — новая головная боль для инженеров. Каждый материал обладает свойством теплового расширения — при нагревании объем увеличивается, а при остывании уменьшается. Поэтому недостаточно создать идеальное раскладное зеркало, запустить его в космос и безошибочно раскрыть в рабочем положении. Надо сохранить его форму при охлаждении на две с половиной сотни градусов ниже нуля по Цельсию.


Американцы для главного зеркала James Webb использовали бериллий — этот металл имеет крайне низкий коэффициент теплового расширения, т.е. практически не меняет свой объем от комнатной температуры до почти абсолютного нуля. Но металлическое зеркало тяжелое, даже из относительно лёгкого бериллия, поэтому металл подходит для 6,5 метрового зеркала James Webb, но не годится для 10 метрового «Миллиметрона». Наши инженеры решили использовать другой материал — углеродный композит. И это новый вызов, поскольку композиты пока намного менее понятные материалы, чем металлы.

▍ Зеркало из композита

Создание композитного зеркала «Миллиметрона» начиналось с исследования принципиальной возможности применения этого материала в поставленных задачах. Потребовалось выбрать подходящий материал, освоить технологию, изготовить первые образцы и испытать их в сверхнизких температурах.

Первоначально композитное сырье — препреги — закупали в Японии, но сейчас НИИ Космических и авиационных материалов наладил российское производство. Из углеволокна изготавливают элементы внутреннего каркаса зеркала и его поверхность. Для придания отражающих свойств зеркалу поверх композита будет ещё нанесено алюминиевое покрытие.


Зеркало «Миллиметрона» будет состоять из 96 сегментов, 72 из которых будут разворачиваться после выведения на рабочую орбиту.

Для придания идеально гладкой поверхности композитным элементам зеркала «Миллиметрона» используются ситалловые формы. Их изготавливают на Лыткаринском заводе оптического стекла.

Всего таких форм должно быть четыре по одному на каждый ряд сегментов зеркала. Точность поверхности ситалловой формы — 1 микрон. Точность композитных сегментов космического телескопа, которые сейчас получаются на этих формах — около 4 микрон, т.е. необходимая точность достигнута.

Качество изготовления сегментов зеркала контролируют с помощью калибровочных стендов.

В отдельной лаборатории, там же Пущино проводят криогенные испытания.
Ванна, похожая на спальню Дракулы или капсулу для межзвездного полёта — это испытательный стенд.

В ванну укладывают испытываемый сегмент зеркала, устанавливают датчики, и заливают жидким азотом. Затем измеряют насколько изменилась форма сегмента под действием холода.

Температура жидкого азота около -196°C, на орбите же поверхность зеркала должна охладиться до температуры -269°C, т.е. всего на 4 градуса выше абсолютного нуля. Такое охлаждение возможно, только если телескоп полностью оградить от нагрева солнечными лучами (будет ещё активная система на жидком гелии). При этом «Миллиметрон» планируют запустить в точку Лагранжа L2 системы Земля-Солнце, и ближайшая естественная тень будет в 1 млн км от телескопа. Поэтому придется свою тень носить с собой — разворачивать теплоизолирующий щит над зеркалом. Это снова роднит российский проект с американским James Webb, хотя технологически его щит реализован иначе.


▍ Из чего состоит «Миллиметрон»?

У «американца» разворачивается плоский ромбовидный многослойный щит. На нашем телескопе — механизмы развертывания антенны и теплоизоляции совмещены, а многослойный щит повторяет контуры зеркала.

Системой развертывания зеркала и теплоизоляции занимаются в Красноярске на «ИСС им. М.Ф. Решетнева». Предварительные испытания механизма раскрытия щита, криоэкрана и телескопа уже прошли несколько лет назад.

Каркас солнечного щита «Миллиметрона» в сборочном комплексе ИСС Решетнева

Важный элемент космической обсерватории — принимающие детекторы. «РадиоАстрон» мог смотреть только «в точку» и не создавал изображений. На мой взгляд, это одна из причин почему его успех так и остался лишь достоянием специалистов. Графики и измерения не так наглядны, как, например эффектные пейзажи от Hubble. «Миллиметрон» же будет многофункциональным. В режиме РСДБ, работая в одном комплексе с наземными станциями, он будет смотреть в одну точку, т.е. его детектор будет в один пиксель. Но в самостоятельных наблюдениях наш телескоп сможет использовать полноценную матрицу, и его снимки будут сравнимы с картинами инфракрасного Herschel.


Галактика Андромеды в дальнем инфракрасном диапазоне. ESA/Herschel

Детекторы готовы поставлять Италия и Южная Корея, ещё заинтересованы в совместном участии Испания, Франция и Китай, но там пока думают и никаких практических действий не предпринималось.

Платформу космического аппарата будут делать на «НПО им. С.А. Лавочкина» в подмосковных Химках. Предполагается, что это будет уже проверенный «Навигатор». На базе этой платформы уже созданы три метеоспутника «Электро-Л», два телескопа: «РадиоАстрон» и «Спектр-РГ» и одна высокоширотная «Арктика».

Поначалу «Навигатор» был сыроват, первый «Электро-Л» стабильно проработал только два с половиной года, потом начались приключения. Такой же аппарат проработал в программе «РадиоАстрон» уже семь с половиной лет. А остальные аппараты, модернизированные на основе выявленных недостатков, ещё в строю.

Источник: habr.com


Этот уникальный комплекс находится в Карачаево-Черкесии, недалеко от станицы Зеленчукская, на высоте 970 метров над уровнем моря. История крупнейшего на планете радиотелескопа началась в самый разгар Холодной войны, в пятидесятых годах прошлого столетия, когда эту задумку стали разрабатывать ученые С.Э.Хайкин и Н.Л.Кайдановский. Первой попыткой воплотить идею в жизнь стал экспериментальный Пулковский телескоп, который успешно функционировал и даже помог советским ученым доказать эффективность антенн переменного профиля для космических исследований.



Однако обстановка в мире накалялось, а противостояние США и СССР, в том числе, в науке, лишь обострялось. Поэтому советское правительство, удовлетворенное успешной работой первого спутника, дало отмашку ученым и инженерам на возведения целого ряда масштабных объектов по исследованию космоса. Одним из них и оказался радиотелескоп РАТАН-600, который был введен в эксплуатацию 12 июля 1974 года. Как и большинство аббревиатур в Советском Союзе, название объекта также имеет расшифровку: радиоастрономический телескоп Академии наук.


В числе оборудования радиотелескопа снаружи можно отметить кольцевую антенну из 895 круговых отражателей диаметром 576 метров. Габариты одного принимающего элемента составляют 2 метра шириной и 11,4 метра высотой. Внешняя часть антенны занимает площадь в 3500 кв. метров. Внутренняя составляющая состоит из ряда излучателей, а также устройств, принимающих и анализирующих космическое излучение. Все они расположены во внутренней части объекта, то есть, в пределах круга отражателей.


С помощью крупнейшего на планете радиотелескопа ученые имеют возможность проводить исследования и близких объектов, к например, Солнца, солнечного ветра, планет и спутников, дальнего космоса, таких, как радиогалактики, казары или космический микроволновой фон.


Кроме того, у РАТАН-600 был четко определен его функционал еще на этапе разработки концепта, и включал он следующие задачи: обнаружение большого количества космических источников радиоизлучения, идентификация по ним космических объектов; исследование звездного радиоизлучения; изучение Солнечной системы, в частности, областей повышенного радиоизлучения на Солнце, их строения, магнитных полей; отслеживание сигналов внеземного происхождения искусственной природы.


Радиотелескоп успешно работает в режиме общего пользования, а его наблюдательное расписано на долгие месяцы вперед: по данным редакции Novate.ru, количество заявок втрое больше, чем способен обработать комплекс, поэтому распределением времени занимается программный комитет. Кроме того, известны примерные доли наблюдательного времени, которые отданы различным структурам. Так, например, 50% выделено исследователям различных российских институтов, 30 % — учёным Специальной астрофизической обсерватории РАН (САО), а оставшиеся 20 % выделены для работы зарубежных астрономов.


Несмотря на все возможности и масштабы комплекса, радиотелескоп продолжают модернизировать. Одной из последних мер по улучшению работы РАТАН-600 было постановление Министерства образования и науки РФ в 2015 году, когда было выделено около 100 миллионов рублей, которые предписывалось использовать для установки мобильных модулей. Подобная модернизации способствовала расширению функционала комплекса.


В дополнение к теме: Левиафан — самый большой в мире телескоп, построенные за последние 75 лет

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

Источник: novate.ru

Российская АСПОС ОКП работает для выявления и прогнозирования опасных ситуаций в ближнем космосе. Сегодня в российской системе мониторинга околоземного пространства используется 36 телескопов, которые наблюдают более 22 тыс. космических объектов. Кроме того, существует огромное количество мелкого космического мусора — свыше 600 тыс. фрагментов размером от 1 до 10 см. К 2025 году в составе АСПОС ОКП планируется использование уже 65 телескопов.

При развитии системы необходимо учитывать тот факт, что оптические наземные средства мониторинга имеют ряд ограничений: отсутствие глобальности охвата, зависимость от состояния атмосферы, атмосферных явлений и времени суток. Следовательно, в целях достижения максимально возможной эффективности обнаружения и наблюдения космических объектов в составе системы будет предусмотрен космический сегмент, который будет включать в себя группировку специализированных космических аппаратов мониторинга околоземного пространства. Также в рамках программы "Сфера" планируется создание перспективных космических аппаратов дистанционного зондирования Земли с установкой на их борту дополнительной аппаратуры мониторинга околоземного пространства. Кроме того, планируется смонтировать экспериментальную оптическую аппаратуру на борту МКС. Запуск первого космического аппарата в составе космического сегмента системы запланирован на горизонте 2027 года.

При развитии АСПОС ОКП будут задействованы элементы искусственного интеллекта, количество обрабатываемых измерений возрастет в пять раз и достигнет 1 млн измерений в сутки, кратно уменьшится погрешность прогноза сближений. Кроме того, в рамках системы предусматривается создание отдельного специализированного сегмента мониторинга астероидно-кометной опасности. Обновленная система АСПОС ОКП получит название "Млечный Путь".

— Есть ли вероятность, что все человечество погибнет от удара 50-километровой кометы, не имея возможности защититься от нее, улететь на другую планету?

— Как я сказал выше, на данный момент нет космических объектов, траектория движения которых проходила бы близко к траектории Земли и столкновение с которыми угрожало бы существованию человечества. Наиболее опасным считается астероид 1950DA, названный по году его обнаружения. Диаметр астероида составляет около 1,3 км. Расчетная дата наибольшего приближения 1950DA к Земле — 16 марта 2880 года. По последним оценкам, вероятность столкновения 1950DA с Землей оценивается как 1 к 4000. До 2880 года даже при существующем уровне технических возможностей мы будем наблюдать астероид свыше 800 раз, сможем уточнить параметры его орбиты с учетом ее динамики и при необходимости принять меры.

Источник: tass.ru

Не секрет, что для изучения дальнего Космоса, в 2019 году, необходимо запускать беспилотные космические аппараты. Дальним космосом, можно считать, все что находится за приделами Земной орбиты.

Наука России, в частности Астрономия, космонавтика, инновации, как мы с вами понимаем, не стоит на месте, а развивается большими шагами. В школе и университетах, преподают, дисциплины, связанные с космосом. Там изучают и млечный путь, и другие планеты солнечной системы, и даже галактики. Мы гордимся своей наукой.

Но если мы посмотрим, на данные по освоению дальнего космоса, то Российских космических аппаратов там нет. Зато США, представлены очень активно, имея сотни таких исследовательских центров. Более того, мы привыкли выезжать, за счет разработок СССР, но и советских аппаратов там тоже нет, не летают.

Это значит, что дальний космос наша наука не изучает, а опирается целиком и полностью на опыт и информацию США.

Как это вообще возможно? Ведь у нас есть Сколково, Роскосмос, да мы в космос первые полетели, в конце концов. Мы слышим, про полеты на Марс на Луну. Но как мы туда полетим, если Марс например, мы изучаем по картинкам США. Мы слышим грандиозные планы и дискуссии от представителей нашей космонавтики, они заявляют, что у нас все на высоте.

Очень жаль, но дальше орбиты Земли, по существу, мы никогда не были.

Возможно, я чего-то не понимаю, может бороздить просторы солнечной системы можно и не изучая ее? Хотя это уже сюжет фантастических фильмов. Давайте вернемся, к теме заголовка, и зададимся вопросом, почему имея огромные ресурсы, мы не можем запустить даже бюджетный спутник к Марсу? Ведь летают та, к МКС на наших двигателях, говорят лучше ни у кого нет. Что тогда за ведра летают у США к Плутону или Сатурну? Хотя может это тоже заговор и дальний космос никто не изучает? Сплошные вопросы, если мы будем глубоко погружаться в эту тему. Но задуматься стоит каждому.

Есть такой аппарат Вояджер 1, так вот уже сейчас пытаются говорить, что все данные это выдумки, и за приделы солнечной системы он никогда не улетал.

Итог, таков что планы России по изучению дальнего космоса крайне мифические, а прошлых достижений по данному вопросу нет. Далекие планеты, мы видимо будем изучать по учебниках из США. Остается только надеяться, что в будущем мы задумаемся, и будем уделять дальнему космосу должное время, ресурсы и самое пристальное внимание.

Подписывайтесь, на мой канал.

Читайте другие публикации моего блога:

Чего Россия добилась в космосе за последние 20 лет?

Пребывание космонавтов на МКС бессмысленно, особенно для России.

Источник: zen.yandex.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.