Радиоастрон (англ. RadioAstron) — международный космический проект по проведению фундаментальных астрофизических исследований в радиодиапазоне электромагнитного спектра с помощью космического радиотелескопа (КРТ), смонтированного на космическом аппарате (КА) «Спектр-Р», в составе наземных РСДБ-сетей. Проект создан по инициативе России. Координатор проекта — Астрокосмический центр ФИАН (Москва)^[2].

Описание

Основу проекта составляет наземно-космический интерферометр, состоящий из сети наземных радиотелескопов и космического радиотелескопа (КРТ), установленного на российском космическом аппарате «Спектр-Р».

Создатель космического аппарата «Спектр-Р» — НПО имени Лавочкина^[3]. Главный конструктор — сотрудник НПО им. Лавочкина Владимир Бабышкин^[4].

Суть эксперимента заключается в одновременном наблюдении одного радиоисточника наземными и космическим радиотелескопами при синхронизации их работы от единого стандарта частоты (метод РСДБ). КРТ обращается по эллиптической орбите с высотой апогея около 340 тыс. км.^[5], это сравнимо с расстоянием от Земли до Луны. Высокое разрешение при наблюдении радиоисточников обеспечивается за счёт большого плеча интерферометра, равного высоте апогея рабочей орбиты.

Основные параметры наземно-космического интерферометра проекта «Радиоастрон»:^[6]

Шириной интерференционного лепестка определяется угловое разрешение радиоинтерферометра, то есть, например, на волне 92 см «Радиоастрон» сможет различать два источника радиоизлучения, расположенные на угловом расстоянии порядка 540 мксек и больше друг от друга, а на волне 6,2 см — ещё более близкие (37 мксек и больше)^[7].

Цель

Главная научная цель миссии — исследование астрономических объектов различных типов с беспрецедентным разрешением до миллионных долей угловой секунды. Разрешение, достигнутое с помощью проекта «Радиоастрон», позволит изучать такие явления как:

• исследование релятивистских струй, а также непосредственной окрестности сверхмассивных чёрных дыр в активных галактиках,
• строение и динамика областей звездообразования в нашей Галактике по мазерному и мегамазерному излучению;
• нейтронные звёзды и чёрные дыры в нашей Галактике — структура по измерениям флуктуации функции видности, собственные движения и параллаксы;
• структура и распределение межзвёздной и межпланетной плазмы по флуктуациям функции видности пульсаров;
• построение высокоточной астрономической координатной системы;
• построение высокоточной модели гравитационного поля Земли.

Космический радиотелескоп

Космический радиотелескоп с приёмной параболической антенной диаметром 10 метров выведен на высокоапогейную орбиту спутника Земли высотой до 350 тыс. км в составе КА «Спектр-Р»^[8]. Он является крупнейшим в мире космическим телескопом.

Оборудование

Полная масса полезного научного груза — приблизительно 2600 кг. Она включает массу 1500 кг раскрывающейся параболической антенны диаметром 10 м и массу электронного комплекса, содержащего приёмники, малошумящие усилители, синтезаторы частот, блоки управления, преобразователи сигналов, стандарты частоты, высокоинформативную систему передачи научных данных — около 900 кг. Масса всего спутника, выводимого на орбиту с помощью ракеты-носителя «Зенит-2SБ»-«Фрегат-2СБ», — около 3850 кг.^[9] Полная мощность питания системы составляет 2600 Вт, из которых 1150 Вт используется для научных приборов. Во время нахождения в тени аккумуляторный блок аппарата позволяет работать около двух часов без питания от солнечных батарей^[4].

Антенна

Антенна космического радиотелескопа состоит из 27 лепестков. При выведении на целевую орбиту антенна находилась в сложенном (аналогично зонту) состоянии. После достижения целевой орбиты выполнено механическое раскрытие антенны радиотелескопа^[4]. Выполнена из углепластика^[10].

Эксперимент «Плазма-Ф»

Помимо аппаратуры для основной миссии, на борту спутника находятся приборы для научного эксперимента «Плазма-Ф»^[11]. Прибор весит около 20 килограммов. Задачи «Плазмы-Ф» — мониторинг межпланетной среды в целях составления прогнозов «космической погоды», исследование турбулентности солнечного ветра и магнитного поля в диапазоне 0,1-30 Гц и исследование процессов ускорения космических частиц. Спутник несколько дней находится вне магнитосферы Земли, что позволяет наблюдать межпланетную среду, а потом очень быстро проходит все слои магнитосферы, благодаря чему можно будет следить за её изменением. Прибор может измерять поток солнечного ветра с временным разрешением в 30 миллисекунд. Это сравнимо с показателями таких спутников как «ACE» (Advanced Composition Explorer) и «Wind». Измерения скорости, температуры и концентрации солнечного ветра имеют временное разрешение 1,5 секунды.^[4] К 5 августа 2011 года был включен весь комплекс Плазма-Ф^[12] и получены первые измерения^[13].

Запуск

Байконур, 45 площадка, 18 июля 2011 г. 6:31.]] Запуск КРТ произведён 18 июля 2011 года в 6:31 по московскому времени с 45-й площадки космодрома Байконур ракетой-носителем «Зенит-2SLБ80» с разгонным блоком «Фрегат-СБ»^[14].

18 июля 2011 года в 10:06 по московскому времени КА «Спектр-Р» достиг целевой орбиты с параметрами:

• перигей — 600 км;^[15]
• апогей — около 340 тыс. км;^[5]
• период обращения — 8 суток 7 часов;^[16]
• начальное наклонение — 51,3°^[17].

Под действием лунной гравитации плоскость орбиты непрерывно поворачивается, что позволяет обсерватории сканировать пространство по всем направлениям^[16]. За планируемое время работы (5 лет) притяжение Луны поднимет апогей радиотелескопа до высоты 390 000 км^[18].

При движении по орбите космический аппарат проходит через радиационные пояса Земли, что увеличивает радиационную нагрузку на его приборы. Срок службы космического аппарата — около 5 лет.^[19] Согласно баллистическим расчетам КРТ будет летать 9 лет, после чего войдет в плотные слои атмосферы и сгорит^[20].

На момент своего выхода на орбиту космический радиотелескоп, установленный на борту российского космического аппарата «Спектр-Р», — наиболее удалённый от Земли радиотелескоп^[18].

Начало работы

После раскрытия зеркала приёмной антенны КРТ требуется около трёх месяцев перед началом наблюдений для синхронизации с земными радиотелескопами.^[21]

По окончании проверки всех систем аппарата планируется переход к научным исследованиям. На Земле в качестве синхронных радиотелескопов будут использованы два стометровых радиотелескопа в Грин-Бэнк, Западная Виргиния, США и в Эффельсберге, Германия а также знаменитая радиообсерватория Аресибо, Пуэрто Рико.^[18]

Наземно-космический интерферометр с такой базой обеспечит информацию о морфологических характеристиках и координатах галактических и внегалактических радиоисточников с шириной интерференционных лепестков до 8 микросекунд дуги для самой короткой длины волны проекта 1,35 см.

27 сентября 2011 года Спектр-Р впервые провел тестовые наблюдения космического объекта — остатка сверхновой Кассиопея A. Успешно проведены наблюдения методом сканирования по двум ортогональным направлениям в диапазонах 92 и 18 см в двух круговых поляризациях.

29 и 30 октября 2011 года радиотелескопом проведены наблюдения мазера W3(OH) в созвездии Кассиопеи^[22].

14-15 ноября 2011 года успешно проведены одновременные наблюдения в интерферометрическом режиме на КРТ «Спектр-Р», трёх российских радиотелескопах, образующих радиоинтерферометерическую сеть «Квазар» (РТ-32 «Светлое», РТ-32 «Зеленчукская», РТ-32 «Бадары») и украинском РТ-70 «Евпатория». Целью наблюдения были пульсар В0531+21 в Крабовидной туманности, квазары 0016+731 и 0212+735 (для изучения квазара 0212+735 дополнительно был задействован немецкий 100-метровый радиотелескоп в Эффельсберге^[23]), а также источники мазерного излучения W3(OH)^[24].

Научные результаты

За первый год работы (на 18 июля 2012) на интерферометре Радиоастрон-Земля проведены наблюдения 29 активных ядер галактик, 9 пульсаров (нейтронных звёзд), 6 источников мазерных линий в районах образования звёзд и планетных систем.^[25]

Связь

В настоящий момент сеансы связи (передача командно-программной и прием телеметрической информации) с КРТ проходят 2 раза в сутки. Для этого задействованы крупнейшие в России антенные комплексы П-2500 (диаметр 70 м) в приморском городе Уссурийск и ТНА-1500 (диаметр 64 м) в подмосковном поселке Медвежьи Озера. На малых расстояниях до КРТ (до 100 тыс. км) используется антенна НС-3,7, расположенная в НПО им. С. А. Лавочкина. Начиная с середины августа 2011 года проводится тестирование и постепенный запуск высокоинформативного радиокомлекса (ВИРК), работающего на частотах 8 и 15 ГГц, для связи с КРТ с помощью 22-метрового радиотелескопа РТ-22 в подмосковном Пущино.

Поток информации, собираемой телескопом, составляет 144 мегабит в секунду. Для обеспечения приёма такого количества данных Роскосмос профинансировал работу дополнительных станций слежения за пределами России: в США и ЮАР.^[26][27]

Аналогичные проекты

В 1997 году JAXA (Японское агентство аэрокосмических исследований) запустило радиотелескоп HALCA диаметром 8 метров на орбиту примерно в 10 раз более низкую, чем орбита «Спектр-Р». Аппарат проработал до 2005 года.

См. также

• SNAP (спутниковый телескоп)
• HALCA
• Астрон
• Миллиметрон
• Спектр-УФ
• Спектр-РГ

Примечания