Знакомьтесь: орбитальная спутниковая система «Спектр». Именно с ней Россия обогнала американский «Хаббл»

Николай Маслов avatar | 28
FavoriteLoading В закладки
Знакомьтесь: орбитальная спутниковая система «Спектр». Именно с ней Россия обогнала американский «Хаббл»

О достижениях Хаббла известно сегодня каждому. Легенда космонавтики позволила открыть далекие миры, удивительные галактики и приблизить человечество к звездам.

Но время не стоит на месте. На смену приходят новые технологии, их воплощения в железе. Вдвойне приятно, что проект не только разработан, но и производится в нашей стране.

Знакомьтесь: российский орбитальный комплекс телескопов «Спектр».

История программы «Спектр»


Первая идея о сверхтяжелом орбитальном радиотелескопе появилась ещё при создании стометровой ракеты Н-1.

Удалось это только в 1979 году, когда на орбитальной станции «Салют-6» запустили первый в мире космический радиотелескоп.

Задолго до «Хаббла»: необходимость исследований дальнего космоса в различных диапазонах для фундаментальной науки, актуальной космогонии и прикладной космонавтики не вызывала сомнений.


В 1983 году на орбиту вышла советская автоматическая станция для астрофизических наблюдений «Астрон» с 80-сантиметровым ультрафиолетовым телескопом и комплексом рентгеновских спектрометров.

За 6 лет работы аппарат позволил получить важные данные в области нестационарных явлений, разобраться с появлением туманностей, зафиксировать детально вспышку сверхновой и исследовать шлейф кометы Галлея.


В 1989 году Советский союз успел вывести в космос при участии Франции, Дании и Болгарии международный проект «Гранат» с приборами, наблюдающими в оптическом, рентгеновском и гамма-диапазонах.

С его помощью было получено высокодетализованное изображение области центра галактики, открыто более десятка неизвестных ранее аккрецирующих чёрных дыр и нейтронных звезд, составлены подробные каталоги гамма-всплесков.

Космические телескопы стояли и на модуле «Квант-1» станции «Мир».


Первоначальный проект «Спектр» сочетал орбитальный телескоп с тридцатиметровой антенной и распределенный комплекс наземных лабораторий.

Комплексная конструкция позволяла увеличить дальность и «четкость» исследований. Кроме того, ученые предложили строить телескопы для разных частот.


Сначала был разработан радиотелескоп, в 1987 появилось дополнение с рабочим спектром в рентгеновском диапазоне. Уже в начале девяностных прибавился ультрафиолетовый.

Вывод первого телескопа проекта предполагался в 1997 году. Отсутствие финансирования отложило запуск, одновременно с тем позволив доработать составляющие и заручиться международной поддержкой.

В результате первый аппарат комплекса, радиотелескоп «Спектр-Р» с десятиметровой антенной, отправился на орбиту только в 2011 году. В 2021 его вывели из эксплуатации.

Вероятно, после вывода «Хаббла» 30 июня 2021 «Спектр» окажется единственным внеземным исследователем далекого космоса, и будет таковым по меньшей мере до 2035 года.

Как работает и для чего нужен «Спектр»


На научном языке «Спектр» называется «интерферометр со сверхдлинной базой» — комбо из одного интерферометра на орбите и ряда аналогичных устройств на Земле, работающих без специальных каналов связи как единое целое.

Говоря проще, комплекс позволяет наблюдать один и тот же источник радиоволн в далеком космосе несколькими телескопами (уже упомянутым космическим и наземными).

Каждый «участник» сохраняет картинку с указанием заранее определенных с высокой точностью собственных координат и синхронизированным по встроенным атомным часам времени.


Местоположение орбитального телескопа измеряют с помощью множества средств. Так, для аппарата «Спектр-Р» были задействованы

  • 64-метровый управляющий телескоп в Центре космической связи «Медвежьи озёра»,
  • 72-метровый телескоп в Восточном центре дальней космической связи «Уссурийск»,
  • доплеровские радары в Пущино и Грин-Бэнке (США),
  • совмещенные с ними лазерные дальномеры

и множество других объективных средств измерений. Полученные данные сводятся в единую модель мгновенного месторасположения космической части комплекса с высочайшей точностью.


Полученные из космоса снимки сопоставляются с наземными и получается что-то вроде видеоролика в несколько кадров, на которых можно различить не только объекты (в том числе короткоживущие), но даже их перемещение.

С их помощью можно измерить не только длительные радиосигналы, но даже изменение их движения. И зарегистрировать короткие события.


Каждый этап «Спектра» позволяет провести определенную часть изучения дальнего космоса.

«Радиоастрон» работает в радиодиапазоне, отслеживая активные ядра галактик (точнее джеты — движущиеся на околосветовой скорости струи плазмы, выбрасываемые черной дырой) и квазары в диапазоне длин волн 1,2 — 92 сантиметра.

«Спектр-РГ» позволит видеть древнее, реликтовое гамма-излучение, которое расскажет о самом начале нашей вселенной.

Инфракрасный телескоп «Спектр-УФ», как и «Хаббл», увидит рождение и динамику молодых звезд, светящихся в видимом спектре.

Ещё один радиотелескоп, «Спектр-М», должен повысить «глубину» человеческих знаний об объектах во Вселенной, помогая заглянуть в сердце галактик.

1. Космический радиотелескоп «Спектр-Р» и проект «Радиоастрон»


Космический радиотелескоп «Спектр-Р» вместе с наземными телескопами по всему миру образовал проект «Радиоастрон».

Космическая часть представляла собой аппарат массой 3295 кг, построенный на платформе «Навигатор» НПО Лавочкина (на которой также основаны метеорологические спутники серии «Электро-Л»), с десятиметровой антенной, состоящей из 27 лепестков.

Аппарат вывели на высокоэллиптическую орбиту: большую часть времени он проводил в 350 тысячах километров от Земли, изредка опускаясь до 500 километров.


Для «Радиоастрона» висящий на орбите «Спектр-Р» дополняли данными с

И это только основные участники эксперимента: всего свой вклад внесли 58 радиотелескопов.


Совместная работа космической и наземной части позволила сформировать единую антенну размером в 350 тысяч километров с разрешением 8 микросекунд дуги (8 миллионных долей угловой секунды).

Невероятная точность, с которой не сравнится ни один существующий сегодня прибор.

Находясь на Земле, «Радиоастрон» позволил бы измерить расстояние между парой радиопередатчиков на Луне на расстоянии трех сантиметров друг от друга.
При этом у «Хаббла» минимальная точность бы позволила определить только кратер в 55-65 метров лунной поверхности.


«Спектр-Р» успешно проработал дольше гарантийных сроков и вышел из строя только в начале 2019 года — аппарат передавал сведения о своем состоянии, но не слушался команд с Земли.

После нескольких месяцев безуспешных попыток восстановить управление миссию признали окончательно завершенной 30 мая 2019 года.

2. Рентгеновский «Спектр-РГ», который создает новую карту Вселенной


Второй аппарат серии получил название «Спектр-Рентген-Гамма» и отправился на орбиту в 2019 году — фактически, опаздывая на 21 год относительно первоначальных планов проекта, созданного в 1987 году совместным коллективом ученых СССР, Финляндии, ГДР, Дании, Италии и Великобритании.

Аппарат представляет собой ту же платформу «Навигатор» разработки НПО Лавочкина, на которой базируется и комплекс «Спектр-Р», однако состав оборудования принципиально отличается.

Изначально предполагалось оборудовать исследовательский комплекс 3 рентгеновскими и 1 ультрафиолетовым телескопами, а так же парой мониторов неба и детектором гамма-всплесков.


В окончательном варианте остались только российский ART-XC и немецкий eROSITA.

Они работают в разных, но дополняющих друг друга диапазонах, выполняя картографирование всего неба в рентгеновском диапазоне с новым уровнем точности и разрешающей способности.

«Спектр-РГ» позволит регистрировать до 90 тысяч новых рентгеновских объектов ежегодно, ранее недоступных для человеческой науки.


Обсерватория, выведенная в июле 2019 (против запланированного 2011) стала первым российским аппаратом, работающим в точке Лагранжа L2 на высоте полутора миллионов километров за Землей на линии Солнце — Земля.

Таким образом, на станцию действует только гравитация системы «Земля-Солнце», поэтому относительно Земли станция практически неподвижна.

В результате, с помощью нового «Спектра» будет построена подробная рентгеновская карта Млечного Пути и ближайших галактик.

Работа займет 6,5 лет и позволит обнаружить новые гравитационные линзы, открыть новые ядра и скопления галактик, уточнить модель темной энергии и, возможно, процесс эволюции темной материи — таинственных космологических сущностей.

3. «Спектр-УФ» с ультрафиолетовым спектром работы для поиска жизни


Третий аппарат серии, обсерватория «Спектр-УФ», предназначен для точечного слежения с помощью УФ-телескопа Т-170М за конкретными объектами в ультрафиолетовом диапазоне и задуман ещё в 1990 году.

За это время несколько раз поменялся и сам проект, и его участники: сегодня предполагается существенный вклад не только России, но и Великобритании, Испании, Мексики и Японии.


Его основа, уникальное 170-сантиметровое зеркало, уже готово и ждет своего часа. Бортовое оборудование (в числе которого необходимые для функционирования спектрографы) стран-партнеров будет поставлено к 2022 году.


Основная задача аппарата – подробные исследования ключевых объектов космоса: ядер галактик, экзопланет.

Ультрафиолетовый обзор позволит оценивать спектр объектов и получать данные о изотопном составе, что позволит уточнить модели космоса, узнать состав атмосфер планет и, возможно, найти следы жизни.

Дополнительная задача аппарата – поиск скрытого диффузного барионного вещества, межгалактических облаков из горячих пыли и газа, которые практически невидимы для существующих телескопов.


Первоначальный запуск орбитальной составляющей комплекса в связи с последовательными сокращениями бюджета с 1997 года плавно перетек на 2021, а следом, из-за санкций 2014 года – на 2025-2026 год.

На данный момент ожидается, что телескоп будет запущен в конце 2025 года на тяжелой «Ангаре» с космодрома Восточный и отправится на геостационарную орбиту.

4. Радиотелескоп «Спектр-М» для поиска кротовых нор


«Спектр-М», он же «Миллиметрон» — последний планируемый аппарат серии, в создании которого участвуют Россия, Китай, Франция, Швеция, Нидерланды, Италия.

По проекту представляет собой радиотелескоп миллиметрового диапазона («Спектр-Р» — сантиметрового) с десятиметровой охлаждаемой антенной из композитных материалов, базирующейся на расстоянии 1,5 миллиона километров от нашей планеты.


Орбитальная часть будет дополняться наземными базами, однако в отличие от предшественника, будет работать и в независимом режиме.

С помощью наземных составляющих комплекс получит точность, которая с Земли могла бы разглядеть волос на Луне.

А с орбиты — заглянуть увидеть процессы на горизонте событий квазаров, буквально что «изнутри».


Основная задача комплекса — исследование физических процессов ранней Вселенной.

«Миллиметрон» создан искать искажения реликтового излучения и кротовые норы, тех самых мифических окон в другой участок пространства или даже другую Вселенную, которые могут являться центром квазара.


Что ещё важнее, терагерцовый диапазон «Миллиметрона» позволит увидеть спектральные следы сложных молекул, среди которых могут находится следы вероятной жизни.

Первоначальный проект предполагал вывод на орбиту в 2019 году. Сокращение финансирования привело к сдвигу сроков на 2029-2030 годы.

Открытия «Спектра», которые изменили астрономию


Уже первый аппарат серии «Спектр-Р» произвел фурор, позволив переписать существующие модели Вселенной и открыть тысячи новых объектов, хотя предполагалось, что их число можно будет пересчитать по пальцам.

За время функционирования аппарата с 2011 по 2019 год астрономы с помощью системы провели около 4 тысяч наблюдений и в подробностях изучили:

  • 160 ядер активных галактик,
  • 20 пульсаров (нейтронных звезд),
  • 14 космических источников микроволнового излучения — мазеров.

Высокая разрешающая способность «Спектр-Р» позволила выяснить, что поток частиц на границе горизонта черной дыры в центре галактики работает иначе, создавая огромные закручивающиеся вихри, не объяснимые в рамках привычного описания.

Также «Спектр-Р» пронаблюдал и такие редкие вещи, как джет от двух вращающихся друг вокруг друга черных дыр.


Спиралевидный джет на горизонте событий черной дыры

Кроме того, исследования «Радиоастрона» позволили открыть турбулентность межзвездного вещества, которая вносит помехи при наблюдениях.

Почему это важно? На пути от Земли к центру нашей галактики Млечный путь (где должна быть черная дыра), расположено турбулентное облако.


Турбулентность межзвездного вещества

Данные, собранные «Спектром-Р», дают надежду на разработку алгоритмов восстановления исходного изображения.


Карта рентгеновских источников, созданная с помощью «Спектра»

С его помощью в 2020 году создали первую (из 8 планируемых) карту обзора неба с 1,1 миллионом рентгеновских источников.

Это в несколько раз превышает количество объектов, открытых за все время существования рентгеновской астрономии.

Перспективы комплекса «Спектр»

Несмотря на возрастающие по мере развития проекта возможности телескопов проекта «Спектр» и большое число стран-участников, разрабатывающих научное оборудование для него, перспективы довольно туманны.

Сокращение программы проводилось неоднократно и в хорошие годы: так, вместо первичного проекта «Спектр-РГ» был запущен «облегченный» вариант, несущий только 2 из 7 запланированных приборов.

Кроме того, он должен был запускаться до радиотелескопа «Спектр-Р», однако вышел на орбиту уже после того, как «предшественник» (по времени создания проекта) вывели из эксплуатации.

Следующие аппараты серии так же создаются при участии ряда западных стран, научная и финансовая коммуникация с которыми на данный момент осложняется.

Ввиду этого «Спектр-УФ» попадет в космос со значительным отставанием по срокам. Или сделает это без импортного оборудования, что снизит планируемые возможности.

Дело не в том, что Россия не может сделать оборудования. Дело в том, что его сложность запредельна и требует редкой квалификации, уникальных производств высокой загруженности.
Кроме того, кооперация позволяет собрать воедино множество идей и распределить работу наиболее эффективным образом.

Будем следить и рассказывать. Вероятно, уже в этом году программа «Спектр» сможет похвастаться очередной порцией уникальных результатов.

1 Звезд2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (80 голосов, общий рейтинг: 4.81 из 5)
🤓 Хочешь больше? Подпишись на наш Telegram.
... и не забывай читать наш Facebook и Twitter 🍒
FavoriteLoading В закладки
undefined
iPhones.ru
Самый крутой и скоро единственный во всем мире.
Прокомментировать

🙈 Комментарии 28

  1. vvd30 апреля в 19:54
    6

    Круто. Правда смахивает на хорошую мину при плохой игре

  2. mlserg avatar
    mlserg30 апреля в 20:01
    3

    Что? Вы в своем уме?) Заглянуть внутрь черной дыры?))) Решили фундаментальные законы физики переписать? Этот телескоп случайно не умеет со сверхсветовой скоростью перемещаться?)

    Николай Маслов avatar
    Николай Маслов30 апреля в 21:02
    1

    “Теоретически” он позволит зарегистрировать излучение Хокинга ряда известных объектов, если таковое будет присутствовать. Поскольку ученые Израильского технологического института смогли построить адекватную модель, вероятно – таковое излучение будет найдено. В существующих для теории Хокинга терминах это будет буквально “взглядом за горизонт событий”.

    mlserg avatar
    mlserg30 апреля в 21:21
    3

    @Николай Маслов, я надеюсь вы понимаете что означает излучение Хокинга? Если понимаете, то Вы должны понимать что зарегистрировав излучение Хокинга, телескоп никаким образом не заглянет за горизонт событий, и не зарегистрирует что там творится внутри, есть ли там сингулярность или просто поверхность, какая там вообще физика. Телескоп всего лишь подтвердит что существует излучение Хокинга, и что черные дыры испаряются, все, больше ничего)

    Николай Маслов avatar
    Николай Маслов30 апреля в 21:40
    4

    Не совсем так. Теория Хокинга гласит, что излучение не просто “испарение черной дыры”, а “пара к частице, попавшей в дыру”. И это открывает путь к математическому аппарату термодинамики черных дыр. Разве не физика?

    К сожалению, я не могу все термины излагать корректно для базовых уровней подготовки. Соглашусь, оборот не слишком удачный. Но и вы смотрите на вопрос только с одной стороны.

    Илон Маск avatar
    Илон Маск30 апреля в 21:47
    1

    @Николай Маслов, для базового уровня следовало бы знать интерферометр со сверхдлинной базой не требует никаких каналов связи между собой. В этом собственно сам принцип.

    mlserg avatar
    mlserg30 апреля в 22:15
    0

    @Николай Маслов, замерят «температуру» излучения Хокинга, термодинамика черной дыры — слишком красивое название для этого)

    MarySue avatar
    MarySue2 мая в 8:06
    0

    @mlserg, извините, а где там про загоризонтные внутренности ЧД?

    mlserg avatar
    mlserg4 мая в 16:47
    0

    @MarySue, автор подправил текст, изначально было сказано что аппарат сможет заглянуть за горизонт событий, из-за этого случился весь сыр-бор.

  3. Guntop avatar
    Guntop30 апреля в 20:18
    10

    Россия безнадёжно отстала в космосе. США единственный и безоговорочный лидер.

    axinfernis avatar
    axinfernis30 апреля в 20:24
    5

    @Guntop, Только у Китая есть своя космическая станция, а у США ее не когда не было.

    Илон Маск avatar
    Илон Маск30 апреля в 21:42
    3

    @axinfernis, про Скайлэб вы конечно не в курсе.

    hofc avatar
    hofc30 апреля в 22:08
    4

    @Илон Маск, Скайлеб конечно был, но проработав короткое время, канул в лету. Хотя амерам надо отдать должное в их прагматизме, если варки нет, зад со стула не поднимут, вот тут та же история. Прибыль будет? Не будет. Нахрена запускать..

    vugi avatar
    vugi2 мая в 6:33
    0

    @hofc, американский прагматизм привёл к созданию ими МКС.

    MarySue avatar
    MarySue2 мая в 8:03
    1

    @vugi, не ими, а всеми участниками проекта… без отработанных советско/российских технологий они вряд ли бы взялись за проект, новую станцию после МКС, как понимаю, они не планируют

    vugi avatar
    vugi2 мая в 8:25
    0

    @MarySue, ну, они бы «вряд ли взялись» (хотя все равно все сделали бы), но при этом 90% работы тоже было сделано ими. Так что, тут лучше не иметь лишних иллюзий.

    MarySue avatar
    MarySue2 мая в 19:16
    0

    @vugi, большинство исследовательских материалов предоставлены российской стороной в рамках программы, без них они бы просто не ввязались в неё, какой смысл им было брать в партнёры русских, если они всё сделали сами?

    vugi avatar
    vugi3 мая в 13:08
    0

    @MarySue, ну такой же смысл как обычно – сохранение индустрии и специалистов, дабы те не переехали все в Иран. «Ножки Буша» своего рода. Тем более, что тогда сотрудничество действительно было полезным.

  4. zarkad avatar
    zarkad30 апреля в 21:01
    9

    Хорошая статья, спасибо Николай! Отлично подготовился. 5 баллов

  5. Smolny avatar
    Smolny30 апреля в 22:00
    7

    С 1 сентября введен запрет на поставку любой лицензионной полупроводниковой продукциив РФ, а для того, чтобы висеть в L2, надо держать минимум 250крад.
    Еще пяток чипов мои коллеги в складках тела привезут, но для Миллиметрона этого не хватит и все, кто в теме, это уже знают.
    Press F to pay respects топовой идее сверхдлиннобазного интерферометра. Терагерцовый гетеродин, который в котелках сделали, так вообще шедевр.
    Ну в общем надеемся, что хоть Уэбб полетит. Если и с ним что-то случится, вскроюсь наверное.

  6. Йода avatar
    Йода1 мая в 7:47
    6

    Ну всё. Хаббл обогнан и унижен. Можно расслабиться и заняться освоением бюджетов.

  7. AppleDominator avatar
    AppleDominator1 мая в 8:34
    3

    «Находясь на Земле, «Радиоастрон» позволил бы измерить расстояние между парой радиопередатчиков на Луне на расстоянии трех сантиметров друг от друга.
    При этом у «Хаббла» минимальная точность бы позволила определить только кратер в 55-65 метров лунной поверхности.»

    Ага, давайте сравнивать оптический и радио- телескопы. Тем более что Хаббл до сих пор в строю, а по статье 1 вышел из строя, 3-4 только планируется запустить в 25-30 годах и только 2 работает, как я понял.

    AppleDominator avatar
    AppleDominator1 мая в 8:34
    4

    @AppleDominator, Статья была бы хорошая с точки зрения истории науки, если бы не это совковое «догнать и перегнать Америку», тем более, что на деле реальность заголовку мало соответствует

    alexxmac avatar
    alexxmac2 мая в 4:02
    0

    @AppleDominator, 2 работает? скорее 0) очередная передовица газеты правда)

  8. svitanak avatar
    svitanak1 мая в 18:55
    0

    любую галактику блин могут сфоткать, а землю с космоса все не получается:( либо качество как на телефон 2000 года, либо подъебос фотошоповый, неужели ученым умищам прям неинтересно на себя взглянуть:( фоток всяких астероидов, нептунов, марсов, венер хоть отбавляй, а вот себя неа. Прям в самом деле как будто там на 3 -х слонах земеля и стремно показать:)

  9. serge.b avatar
    serge.b3 мая в 13:09
    0

    Порадовали.

    Зачёт iphones!

  10. walkman00 avatar
    walkman003 мая в 17:35
    0

    Как верно сказали, изобретать мы умеем, а внедрять получается плохо.

  11. Andr Po avatar
    Andr Po4 мая в 9:36
    0

    главное, чтоб запустили. Хоть когда-нибудь

Вы должны авторизоваться или зарегистрироваться для комментирования.

Нашли орфографическую ошибку в новости?

Выделите ее мышью и нажмите Ctrl+Enter.

Как установить аватар в комментариях?

Ответ вот здесь