PopularEditorialNewBest

Как «Венера» превратилась в космический телескоп

В закладки

Когда разговор заходит об истории советской космической программы, в голову обычно приходят её пилотируемые миссии, программа по изучению Луны или группировки военно-разведывательных спутников. Но множество научных космических миссий, выполнявших практически те же исследования, что и научные миссии за рубежом, известны далеко не так хорошо. И среди них был очень мощный, но малоизвестный космический телескоп 1980-х годов под названием «Астрон».

«Астрон»

Основной целью советской миссии было проведение астрономических наблюдений за звёздами, активными галактиками и энергетическими явлениями в ультрафиолетовой (УФ) области спектра. Поскольку атмосфера Земли в значительной степени блокирует ультрафиолетовое излучение, астрономические наблюдения на этих длинах волн должны проводиться из космоса. За научную программу отвечала команда Крымской астрофизической обсерватории во главе с Александром Боярчуком. Как и во многих других советских научных миссиях того времени, было заявлено международное участие – в данном случае, с французским космическим агентством CNES. За создание самого аппарата отвечало НПО им. Лавочкина, с 1966 года наиболее известное в качестве создателя советских лунных и планетарных зондов.

К тому времени наша космическая промышленность накопила большой опыт в космических исследованиях. Было запущено несколько десятков спутников для исследования Луны, Марса и Венеры, а также пилотируемых аппаратов. Но астрофизики очень нуждались в космических средствах исследования. Тем более что NASA и ЕКА уже успешно вели таковые. В начале 70-х годов директор Крымской астрофизической обсерватории (КрАО) академик А.Б. Северный проявил инициативу в постановке подобных космических экспериментов. Он, естественно, обратился к самой знаменитой организации – НПО «Энергия». Больше года шли переговоры, но не достигли положительного результата. Эта организация в тот период была перегружена проектами пилотируемых полётов. Тогда академик встретился с руководством НПО им. Лавочкина, и нашёл здесь понимание и общий интерес. В процессе обсуждения проекта была выбрана оптическая система Ричи-Кретьена. Два важных свойства такой двухзеркальной системы были решающими при её выборе для космического телескопа: сравнительная компактность и большое поле зрения с хорошим качеством изображения. Диаметр главного зеркала 0,8 метра и расстояние между зеркалами 2 метра. В течение месяца был разработан проект телескопа. Тут же придумали и имя космическому телескопу: «Спика» – так называют самую яркую звезду в созвездии Девы.

30 лет первой отечественной астрофизической станции «Астрон»

Схема АМС «Венера». Источник: Издательство «Наука».

Для новой миссии инженеры НПО решили использовать модифицированную версию АМС второго поколения для исследования Венеры (весьма успешно использовались с 1975 года – «Венера-9 и 10» ), которая сама по себе была адаптацией АМС в более ранних (и менее успешных) миссиях на Марс – М-71 и М-73. Использование испытанной в полёте конструкции космического аппарата повысило шансы на то, что миссия сможет достичь своей цели, и соответствовало типичной практике того времени, когда по возможности полагались на эволюционную модернизацию существующих конструкций.

Схема советского телескопа «Астрон». Источник: Издательство «Наука».

Базовая комплектация аппаратов второго поколения состояла из цилиндрического сердечника и приборного модуля вокруг основания. Цилиндрический сердечник диаметром 1,1 метра в корпусе 4В (серия аппаратов «Венера») вмещал топливные баки для двигателя КТДУ-425А, используемого для коррекции траектории и торможения АМС вблизи планеты для перевода на орбиту искусственного спутника. Солнечные панели, радиаторы и различные антенны связи были прикреплены к средней части конструкции аппарата. Приборный модуль диаметром 2,35 метра вмещал в себя различную электронику научных инструментов и другое чувствительное оборудование. Этот тороидальный модуль был герметизирован для обеспечения необходимых условий, которых требовало его оборудование. Такой подход увеличил массу космического аппарата, но упростил проектирование и тестирование систем, а также облегчил контроль температуры.

Создателям космической обсерватории необходимо было учесть довольно жёсткие требования, которые предъявили астрономы. Прежде всего, станция должна была обеспечить вывод на орбиту полезной нагрузки, имеющей значительные габариты и массу; поиск, наведение на исследуемый объект и чрезвычайно высокую точность стабилизации наведения; возможность изучать космические объекты на значительной части небесной сферы. Кроме того, станция обязана обладать необходимой жёсткостью и быть защищённой от теплового воздействия Солнца, а её орбита должна проходить так, чтобы на наблюдениях не сказывалось влияние радиационных поясов Земли. Этим требованиям в значительной степени соответствовали космические станции серии «Венера». Они обеспечивают наведение приборов в заданную точку небесной сферы с точностью до 5′ и многочасовую стабилизацию около заданного направления с точностью до 75″, имеют высокоинформативную радиолинию связи с Землёй и способны нести большую полезную нагрузку. В качестве «базового» аппарата была выбрана станция «Венера-15» (в настоящее время станции «Венера-15» и «Венера-16» успешно ведут радиолокационное картографирование приполярных районов планеты Венера). С неё были сняты локатор бокового обзора и двигательная установка для вывода станции на трассу перелёта Земля – Венера и коррекций траектории движения. Взамен установили опорный цилиндр, к которому крепится ультрафиолетовый телескоп, радиаторы системы терморегулирования, панели солнечных батарей, баллоны с сжатым газом, обеспечивающим движение для изменения ориентации станции, и приборный отсек со служебными системами. К опорному цилиндру крепятся и два отсека с рентгеновскими спектрометрами.

На орбите — «Астрон»

Инструменты

Основным инструментом миссии конечно же был телескоп «Спика» или ультрафиолетовый телескоп (УФТ). Основываясь на работе, проделанной ранее с ультрафиолетовым телескопом ОСТ-1, запущенным на космической станции «Салют-4» в декабре 1974 года, первоначально предполагалось использование УФТ в составе орбитальной станции (позднее от этой идеи было решено отказаться и инструмент был использован в составе автоматической миссии). 400-килограммовый телескоп был разработан по схеме Ричи-Кретьена с первичным зеркалом диаметром 80 см и вторичным диаметром 26 см. Зеркала были изготовлены из уникального материала, называемого ситалл (астроситалл), а для повышения коэффициента отражения было применено двухслойное покрытие: алюминий и фторид магния. После сборки и испытаний телескоп закрывала защитная крышка (её открыли спустя несколько дней после запуска), а его внутренняя часть была заполнена азотом.

Внеатмосферные эксперименты с небольшими приборами позволили получить и изучить спектр от всего Солнца в УФ области, что дало определённое представление о строении солнечной атмосферы. Одновременно исследования показали, что всё УФ излучение сосредоточено в небольших по площади активных областях. Оставался нерешённым целый ряд фундаментальных проблем. Необходимо было изучение отдельных конкретных образований на его поверхности. Это возможно только с помощью вынесенного за атмосферу телескопа, управляемого человеком. В плане решения этой задачи, нами был разработан и изготовлен инструментальный комплекс – Орбитальный Солнечный телескоп (ОСТ). При поддержке К.П. Феоктистова на пилотируемые станции «Салют» были установлены прибор КДС-3 и Орбитальный Солнечный телескоп ОСТ-1. В 1975 году с борта станции «Салют-4» были получены ультрафиолетовые спектры флоккулов, солнечных вспышек и других образований. Астрофизические наблюдения проводились двумя экспедициями космонавтов, прошедших специальную подготовку в КрАО (Брунс А.В., Гречко Г.М., Губарев А.А., и др. 1976а).

Внеатмосферные исследования Солнца, выполненные в Крымской астрофизической обсерватории за период 1959-1998 гг, А.В. Брунс
.

Схема УФТ: 1) первичное зеркало, 3) вторичное зеркало, 5) узел вторичного зеркала, 6) корпус телескопа, 8) солнцезащитный козырёк, 9) крышка и привод телескопа, 11) идентификационная камера, 12) спектрометр, 13 и 14) датчики положения .
Источник: Издательство «Наука».

Различные датчики на телескопе работали сообща, обеспечивая точность наведения, а благодаря управляемому вторичному зеркалу регулировали фокуса телескопа. В ходе разработки было построено в общей сложности шесть копий телескопа – как для различных испытаний, так и для резерва.

Основным научным прибором для УФТ стал УФ-спектрометр, разработанный совместно Францией и Советским Союзом. Обозначенный как УФС ( Ультрафиолетовый спектрометр), этот прибор использовал конструкцию Rowland для работы детекторов в трёх спектральных каналах – от 110 до 350 нм. При работе телескопа можно было выбрать три различных режима наблюдения: изучение ярких и тусклых звёзд, а также самых слабых источников.

Вторым установленным на аппарат научным прибором стал рентгеновский спектрометр, названный СКР-02М. Разработанный и собранный командой под руководством Андрея Северного (астрономический институт им. П.К. Штернберга), СКР-02М состоял из двух детекторов, в которых использовались пропорциональные счётчики (размером 6x6x30 см), герметичный объём которых был заполнен смесью ксенона и метана, и запечатанные бериллиевой фольгой толщиной 150 мкм. Детекторы были чувствительны к рентгеновским лучам в диапазоне от 2 до 25 кэВ (что эквивалентно длинам волн 0,6 и 0,05 нм соответственно) и имели спектральное разрешение 2 кэВ.

Рентгеновский телескоп работает в режиме непосредственной передачи: обеспечивается непрерывная двухсторонняя связь со станцией без запоминания информации на борту. Во время сеанса наблюдений специалисты контролируют работу всех систем космического аппарата и научной аппаратуры. Таким образом, наблюдения на рентгеновском телескопе ведутся почти так же, как на земном оптическом или радиотелескопе. Входе наблюдений всегда можно принять новое решение и немедленно его осуществить, что особенно важно при незапланированных ситуациях. Однажды во время наблюдений произошла мощная солнечная вспышка, что привело к резкому возрастанию фона заряженных частиц солнечного происхождения. Пришлось срочно выключить всю научную аппаратуру.

Рентгеновский эксперимент на станции «Астрон», В.Г. Курт

Руководитель проекта Астрон Боярчук ведёт расшифровку полученных из космоса данных.
А. Хрупов

Миссия

Космический аппарат «Астрон» высотой шесть метров и массой 3250 килограммов был выведен на рабочую орбиту с высотой апогея 201230 километров и периодом около четырёх дней на ракете «Протон-Д» 23 марта 1983 года. Эллиптическая орбита обсерватории помогала предотвратить последствия вредного влияния заряженных частиц радиационных поясов Земли и сильного свечения геокороны, а наклон орбиты позволял почти непрерывно отслеживать «Астрон» с советской территории. Форма этой орбиты будет медленно меняться с течением времени, главным образом под влиянием Солнца и Луны. Спустя пять дней после выхода на орбиту защитную крышку телескопа открыли и после небольшого периода проверок и калибровки на орбите 29 марта «Астрон» начал принимать данные. Сбор данных с помощью СКР-02M начался через пять дней после первоначальных наблюдений за рентгеновской пустой частью неба, за которой последовали наблюдения Крабовидной туманности — яркого источника рентгеновского излучения, часто используемого в качестве «стандарта» рентгеновскими астрономами.

Орбита космической обсерватории.

Сводка общего числа изученных объектов разных типов:

  • 105 звёзд с низким спектральным разрешением
  • 42 звезды с высоким спектральным разрешением
  • 27 звёздных систем
  • 12 туманностей — остатков сверхновых, диффузных и планетарных туманностей
  • 4 кометы

В течение первых трёх с половиной месяцев своей работы «Астрон» наблюдал различные источники в созвездиях Тельца, Льва и Ориона и, как сообщается, получил свои первые спектры далёких галактик. Первоначальные рентгеновские наблюдения были сделаны из известных источников, и 13 апреля 1983 года телескоп обнаружил свой первый гамма-всплеск. Позже, 30 июня, «Астрон» заметил, что рентгеновская двойная звезда, известная как Hercules X-1, внезапно перестала излучать рентгеновские лучи.

В сеансе 30 июня 1983 г., против ожидания, не был получен сигнал от яркого и хорошо изученного источника Геркулес Х-1 – двойной системы, оптический компонент которой – переменная звезда HZ Геркулеса, а рентгеновский — нейтронная звезда. «Исчезновение» Геркулеса Х-1 подтвердили и наблюдения с европейского спутника «Экзостат». В то же время наблюдатели-«оптики» сообщили нам, что кривая блеска переменной HZ Геркулеса почти не изменилась. Между тем изменения блеска этой звезды объясняются переработкой в звёздной фотосфере рентгеновского излучения нейтронной звезды. Значит, нейтронная звезда, входящая в двойную затменную пару, «светит» по-прежнему. Видимо, изменения произошли лишь в окружающем нейтронную звезду газовом диске, из которого вещество падает на нейтронную звезду (аккреционный диск). Этот диск ответствен за мягкое рентгеновское излучение системы. Быть может, изменилась угловая диаграмма излучения, которая теперь проходит мимо «глаза наблюдателя». Теоретикам придётся поломать голову над этой загадкой, ведь излучение источника Геркулес Х-1 более десяти лет оставалось стабильным.

Рентгеновский эксперимент на станции «Астрон» , В.Г. Курт

В течение всего первого года на орбите «Астрон» продолжал проводить наблюдения за широким спектром источников в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах, ну а к сентябрю 1985 года было проведено более 300 наблюдений за 200 различными объектами.

В апреле 1986 года телескоп наблюдал комету Галлея, что дополнило наблюдения, сделанные советским космическим аппаратом «Вега», который пролетел мимо ядра кометы месяцем ранее (см. «Миссии к комете Галлея»). Обсерватория использовалась для изучения атмосферы нашей планеты, а также для разработки военных систем раннего предупреждения (см. «РАМОС: российско-американские спутники наблюдения»). 24 февраля 1987 года Земли достиг свет от вспышки сверхновой в Большом Магеллановом облаке, получившей название «сверхновая 1987A» (SN 1987A) – самой яркой и ближайшей сверхновой, наблюдавшейся со времён изобретения телескопа. Сообщается, что «Астрон» стал одним из первых космических телескопов, которые наблюдали SN 1987А в течение следующих 15 месяцев.

После более чем шести лет пребывания на орбите «Астрон» наконец исчерпал запасы азота для своей системы управления ориентацией в июне 1989 года. За это время Астрон провёл 628 сеансов связи, ну а последний сеанс состоялся 23 марта 1991 года – миссия была официально завершена. Несмотря на свой успех, достижения этого телескопа по-прежнему неизвестны астрономическому сообществу в первую очередь из-за небольшого числа рецензируемых работ, опубликованных командой проекта.

Телескоп «Гранат». Источник: NASA

Успех этой миссии предопределил появление следующего проекта, также основанного на проверенной конструкции аппаратов «Венера» второго поколения. 1 декабря 1989 года «Гранат» (первоначально называвшийся «Астрон-2» ) был запущен с комплектом приборов, поставляемых Советским Союзом, Францией и Данией, предназначенных для проведения астрономических наблюдений в области рентгеновских и гамма-лучей спектра. Несмотря на свою относительную неизвестность, «Астрон» заслуживает места в удивительной истории космических обсерваторий конца 20-го века.

Источник

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

19
Войдите, чтобы видеть ещё 19 комментариев, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Прекрасный Сергей Королёв
Вечность назад

Інформативна стаття, не знав, що такий існував. Завжди було цікаво, які телес. були в ті часи.

Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
If you were unable to log in, try this link.