Наше место в этом мире
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Вселенная и Солнечная система
 Исследователи
Космические аппараты
Страница: Космические аппараты, Оптический диапазон (Part #1, Part #2); Инфракрасный диапазон (Part #1, Part #2); Микроволновый диапазон (Part #1, Part #2); Радиодиапазон. Спектр-Р; Ультрафиолетовый диапазон; Рентгеновский диапазон (Part #1, Part #2);
Наше место в этом мире
Способы изучения космического пространства

Радиотелескопы. "Спектр-Р"

    Наземным радиотелескопам доступно электромагнитное излучение с длиной волны от миллиметров до десятков метров. В более коротковолновом диапазоне радиоволны, приходящие из космоса, «глушатся» излучением молекул атмосферных газов (главным образом водяного пара), в более длинноволновом задерживаются ионосферой - слоем ионизированных солнечным излучением атомов на высотах от 85 до 300 км.

    В проекте «Радиоастрон» применение радиотелескопа на высокоэллиптической орбите позволяет получить интерферометр, у которого время наблюдения соизмеримо с периодом обращения, а длина базы - с большой осью орбиты. При таких базах система обеспечивает возможность определения морфологических характеристик и координат практических и внегалактических радиоисточников с очень высокой точностью.

    ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

    > Масса: 3295 кг, в том числе:
    * научная аппаратура - около 2600 кг,
    * раскрывающаяся 10-метровая параболическая антенна - 1500 кг,
    * электронный комплекс (приемники, система передачи научных данных, малошумящие усилители, синтезаторы частот, блоки управления, преобразователи сигналов, стандарты частоты) - 900 кг.
    > Регистрируемые волновые диапазоны: 92 см, 18 см, 6 см и широкая полоса около 1,35 см.
    > Диаметр: 10 м.
    > Потребляемая мощность: 2600 Вт.
    > Источники электропитания - солнечные батареи.
    > Орбита высокоэллиптическая геоцентрическая (перигей - 600 км; апогей - 340 тыс. км; период обращения - 8 суток 7 часов).
    > Предполагаемый срок активного существования 5 лет.

    ГЛАВНАЯ ЦЕЛЬ МИССИИ - исследование астрономических объектов различных типов с разрешением до миллионных долей угловой секунды. Это позволит изучать:

    > релятивистские струи, а также непосредственные окрестности сверхмассивных черных дыр в активных галактиках,
    > строение и динамику областей звездообразования Млечного Пути по мазерному и мегамазерному излучению;
    > нейтронные звезды и черные дыры в нашей Галактике - их структуру, собственные движения и параллаксы;
    > структуру и распределение межзвездной и межпланетной плазмы по флуктуациям интенсивности излучения пульсаров;
    > построение высокоточной астрономической системы координат;
    > построение высокоточной модели гравитационного поля Земли.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Однако имеется и еще одна причина, по которой следует попытаться расположить радиоастрономическую приемную антенну как можно дальше от Земли. Разрешающая способность телескопа (минимальное угловое расстояние между двумя раздельно видимыми точечными источниками излучения) пропорциональна длине волны, на которой ведутся наблюдения. Поэтому четкость изображений, получаемых радиотелескопами, намного меньше, чем снимков, получаемых инфракрасными и тем более оптическими телескопами с такой же апертурой. Однако существуют вычислительные методы, позволяющие совместить информацию с антенн, разнесенных на большое расстояние, причем разрешающая способность такой «синтетической апертуры» будет соответствовать диаметру объектива, равному этому расстоянию. Эта технология называется «Радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой» (РСДБ). Понятно, что для наземных обсерваторий наибольшее возможное удаление равно диаметру Земли. Для достижения более высокого разрешения одну или несколько антенн необходимо вывести в космическое пространство.

В работах по проекту «Радиоастрон» задействован, в частности, радиотелескоп Грин-Бэнк - главный инструмент Национальной радиоастрономической обсерватории США, расположенной в штате Западная Вирджиния. На данный момент это крупнейший в мире полноповоротный параболический радиотелескоп (его рефлектор имеет размеры 100x110 м).
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    В настоящее время в таком режиме в рамках международного проекта фундаментальных астрофизических исследований «Радиоастрон» работает космический радиотелескоп (КРТ) - российский спутник «Спектр-Р». Проект реализуется по инициативе России, координирует его Астрокосмический центр Физического института Академии Наук (ФИАН, Москва). На Земле в качестве синхронных радиотелескопов задействованы две стометровые антенны в Грин-Бэнк (Западная Вирджиния, США) и в немецком Эффельсберге; иногда к наблюдениям «подключается» знаменитая радиообсерватория Аресибо (Пуэрто-Рико). В большинстве экспериментов, а также для приема научной и телеметрической информации используется украинский радиотелескоп РТ-70, установленный вблизи Евпатории.
    Космический аппарат «Спектр-Р» был запущен 18 июля 2011 г. с космодрома Байконур ракетой-носителем «Зенит-2» с разгонным блоком «Фрегат-СБ». Первоначально спутник вывели на сильно эксцентричную эллиптическую орбиту с наклонением 51,3° и апогеем около 340 тыс. км; далее она будет эволюционировать под действием лунной гравитации таким образом, что за 5 лет апогей поднимется почти до 400 тыс. км. При движении по орбите аппарат проходит через радиационные пояса Земли, что увеличивает дозу радиации, облучающей бортовое оборудование. Предполагается, что оно прослужит не менее пяти лет. Согласно баллистическим расчетам, через 9 лет «Спектр-Р» войдет в плотные слои атмосферы и сгорит.

Разрешение интерферометра определяется временем наблюдения и длиной базы. Для наземных антенн база не может превышать диаметр Земли, а продолжительность наблюдений измеряется часами и ограничена тем моментом, когда из-за вращения планеты для одного из телескопов объект скрывается за горизонтом.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Цель международного проекта «Радиоастрон» заключается в том, чтобы создать совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов единую систему наземно-космического интерферометра для получения изображений, определения небесных координат и угловых смещений различных объектов Вселенной с исключительно высоким разрешением.
    При базах порядка 350 тыс. км и наблюдениях на самой короткой доступной длине волны (1,35 см, на этой линии излучают молекулы воды в галактических мазерных радиоисточниках) интерферометр предоставит информацию о морфологических характеристиках, а также координатах галактических и внегалактических радиоисточников с точностью до 8 микросекунд дуги.

После приема данных, полученных космическим радиотелескопом, производится их синхронизация с результатами наблюдений наземных инструментов и формирование т.н. «синтетической апертуры» вычислительными методами.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Помимо аппаратуры для основной миссии, на борту спутника находятся приборы для научного эксперимента «Плазма-Ф». Главный из них весит около 20 кг. Его задачи - мониторинг межпланетной среды с целью составления прогнозов «космической погоды», исследование турбулентности солнечного ветра и магнитного поля в диапазоне 0,1-30 Гц, поиск возможных причин ускорения космических частиц. «Спектр-Р» в течение нескольких дней находится вне магнитосферы Земли, что позволяет наблюдать межпланетную среду, а потом очень быстро проходит все магнитосферные слои, благодаря чему можно следить за их изменениями. Также прибор способен регистрировать поток солнечного ветра, измерять его скорость, температуру и концентрацию. 5 августа 2011 г. комплекс «Плазма-Ф» заработал на полную мощность и начал передачу научной информации.

Особенности эксперимента

    «Спектр-Р» может работать в режиме обычного радиотелескопа: несмотря на небольшие размеры приемной антенны (10 м), задач для него предостаточно, учитывая его высокую чувствительность и «невмешательство» атмосферы. Однако полностью его возможности раскрываются при работе в режиме интерферометра вместе с наземными антенными системами. Суть эксперимента заключается в одновременном наблюдении одного и того же радиоисточника космическим и земными радиотелескопами последующей их синхронизацией с использованием единого стандарта частоты.

КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    В данный момент сеансы связи с КРТ (передача командно-программной и прием телеметрической информации) проходят дважды в сутки. Для этого задействованы крупнейшие в России антенные комплексы ТНА-1500 (диаметр 64 м) в подмосковном поселке Медвежьи Озера и П-2500 (диаметр 70 м) в дальневосточном городе Уссурийск. На малых расстояниях (до 100 тыс. км) используется антенна НС-3,7, установленная в НПО им. Лавочкина. Начиная с середины августа 2011 г. проводятся тестирование и постепенный ввод в строй высокоинформативного радиокомпдекса (ВИРК), работающего на частотах 8 и 15 ГГц, на 22-метровом радиотелескопе РТ-22 в подмосковном Пущино.
    Объем информации, собираемой спутником «Спектр-Р», составляет 144 мегабита в секунду. Для обеспечения приема такого количества данных «Роскосмос» профинансировал работу дополнительных станций слежения за пределами Российской Федерации - в США и ЮАР.

Научные результаты

    Поскольку новый радиотелескоп начал работу сравнительно недавно, его вклад в науку пока довольно скромен. В течение первого полугода активного функционирования наземно-космического интерферометра «Радиоастрон» им были проведены наблюдения 29 активных ядер галактик, 9 пульсаров (нейтронных звезд), 6 планетных систем и источников мазерных линий в регионах звездообразования.
    По состоянию на 9 октября 2012 г. с помощью космического аппарата, работавшего совместно с Европейской сетью РСДБ, в ходе первых сеансов регулярных наблюдений в режиме интерферометрии международной группой исследователей получены изображения быстропеременной активной галактики 0716+714, относящейся к немногочисленному классу лацертид*. Этот объект находится на расстоянии около 3,5 млрд. световых лет. Несмотря на то, что ядро галактики в настоящее время не слишком активно, ученые смогли оценить его размеры, составляющие около 0,7 светового года. В работе, помимо спутника «Спектр-Р», также участвовали антенны российской системы «Квазар-КВО», радиотелескопы в Евпатории и японском городе Усуд. В ходе дальнейших наблюдений удалось рассмотреть детали ядра другого лацертида OJ287 (расстояние до него также оценивается в 3,5 млрд. световых лет).
    * Лацертиды (от латинского Lacerta - «ящерица») - мощные источники электромагнитного излучения в ядрах некоторых галактик, ассоциирующиеся со сверхмассивными черными дырами. Названы по обозначению первого представителя класса - BL Ящерицы.

Карта расположения радиотелескопов, входящих в Европейскую сеть РСДБ (EVN).
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Достигнутая в этих экспериментах разрешающая способность оказалась на порядок выше по сравнению с наземной интерферометрией и на два порядка превзошла результаты телескопа Hubble.
    В качестве обычного радиотелескопа «Спектр-Р» продемонстрировал свои незаурядные способности при наблюдениях Кассиопеи А - остатка Сверхновой, удаленного от нас на 11 тыс. световых лет. При наземных испытаниях была получена оценка общей эффективной площади приемной антенны, равной 40 м2; наблюдения «подкорректировали» эту цифру до 45 м2. Руководитель проекта директор Астрокосмического центра ФИАН академик РАН Николай Семенович Кардашев заявил, что ученые не ожидали таких прекрасных результатов.

КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    В январе 2012 г. во время наблюдений в связке с наземными инструментами удалось сформировать виртуальный радиотелескоп с рекордной апертурой - 220 тыс. км.
    После непродолжительного периода тестирования научного оборудования специалисты приступили к наблюдениям - в частности, они определили яркость исходящих от черных дыр в центрах галактик раскаленных струй плазмы, а также измерили их толщину и изучили их физические свойства (температура этих образований оказалась существенно выше ожидаемой). К настоящему времени проведена большая серия наблюдений квазаров - активных ядер галактик, в которых, предположительно, находятся сверхмассивные черные дыры. В их число вошел 0716+714, а также объекты в созвездиях Жирафа, Рака, Гидры и др.
    В нашей Галактике были проведены детальные исследования «звездных яслей», расположенных в созвездии Цефея.
    Кроме того, при анализе наблюдений мазерных источников ученым удалось выявить на расстоянии более 5 тыс. световых лет огромное «водяное облако». Обнаружено мазерное излучение молекул воды от ультракомпактного источника (размером всего 8 диаметров Солнца) в области формирования массивных звезд W3IRS5, находящейся в спиральном рукаве Персея в 5,5 тыс. световых лет от Солнечной системы. При этом удалось достичь рекордного углового разрешения: интерферометр смог «разглядеть» объекты размером до 40 микросекунд дуги (что на этом расстоянии эквивалентно 10 млн. км, или же одной пятнадцатой среднего радиуса земной орбиты),

КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    К сожалению, задействовать проект «Радиоастрон» на полную мощность пока что сложно из-за не до конца отработанной процедуры точного определения положения спутника «Спектр-Р» в космическом пространстве (его необходимо знать с точностью не более 100 м; на данный момент достигнута точность порядка километра). Однако специалисты надеются в ближайшее время решить эти проблемы и с нетерпением ожидают новых открытий, которые поможет им сделать новый радиоастрономический инструмент.
    По сообщению Астрокосмического центра ФИАН, к настоящему времени в рамках объявленного отрытого конкурса Ключевой Научной Программы Радиоастрон поступило 13 заявок от более чем двухсот исследователей из 18 стран мира (РФ, США, ФРГ, Австралия, Италия, Нидерланды, Великобритания, Украина, Испания, Япония, Южная Корея, Южная Африка, Польша, Китай, Венгрия, Мексика, Индия, Греция) на использование наблюдательного времени спутника «Спектр-Р» в период с июля 2013 г. по июнь 2014 г. Заявители из России представляют четыре института Российской академии наук (ФИАН, ИПА, ИКИ, ГАО Пулково) и два университета (МГУ и Ур-ФУ). Суммарный запрос на наблюдательное время составил 1,8 тыс. часов. Возможность технической реализации заявок была проанализирована рабочей группой. Научная экспертиза предложенных проектов осуществлялась международным научным советом экспертов проекта «Радиоастрон», результаты утверждены руководителем проекта академиком Н.С.Кардашевым.

Курьерская доставка по спб как происходит доставка заказа курьерской li-do.ru.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru