«Спектр-РГ» («Спектр-Рентген-Гамма») – космическая обсерватория, которая разрабатывается совместно Роскосмосом и DLR (Немецким космическим агентством). Запуск космического аппарата был запланирован на 2014 год, но затем несколько раз переносился из-за неготовности научных инструментов. Кооперация между Россией и Германией в этом проекте возникла не сразу. В 1990-х годах прорабатывался тяжелый российский космический аппарат с менее значительным иностранным участием, но из-за нехватки средств и технической сложности проекта, он был свернут в 2002 году. После этого возник проект облегченной обсерватории «Спектр-РГ» с немецким телескопом. Он и будет запущен на этой неделе.

Основная задача обсерватории «Спектр-РГ» – картирование всего неба в рентгеновском диапазоне. Предыдущий такой обзор был сделан в 1990-х годах немецко-американской обсерваторией ROSAT. Ученые надеются, что повышенное разрешение нового телескопа позволит открыть до ста тысяч массивных скоплений галактик, около трех миллионов сверхмассивных черных дыр и других объектов, в том числе неизвестной природы.

На космическом аппарате установлено два рентгеновских зеркальных телескопа, работающих по принципу рентгеновской оптики косого падения – ART-XC и eROSITA. Рентгеновские фотоны обладают большой энергией. Чтобы отразиться от зеркальной поверхности, они должны попасть на нее под очень малым углом. Поэтому рентгеновские зеркала делают вытянутыми, а для увеличения числа зарегистрированных фотонов, зеркала вкладывают друг в друга, получая, таким образом, зеркальную систему из нескольких оболочек. Оба телескопа состоят из семи модулей с рентгеновскими детекторами, расположенными в фокусе системы.

Телескоп eROSITA

Рентгеновский телескоп eROSITA, разработанный Институтом внеземной физики Общества им. Макса Планка (Германия), является основным научным инструментом «Спектра-РГ». Каждый из семи рентгеновских приемников состоит из зеркального модуля с рентгеночувствительной камерой. Зеркальный модуль состоит из 54 зеркал из позолоченного никеля, вложенных друг в друга. Телескоп чувствителен к энергии в диапазоне 0,3-11 кэВ. Поле зрения телескопа составляет 0,81 кв. градуса, его фокусное расстояние – 1600 мм. Камеры телескопа должны охлаждаться до температуры -95⁰C.

Рентгеновский телескоп ART-XC был разработан Институтом космических исследований РАН. В разработке зеркал принимал участие Российский федеральный ядерный центр в Сарове, но на летный аппарат были установлены зеркала, созданные в Космическом центре НАСА им. Маршалла, т. к. ИКИ РАН не устроило качество полировки российских зеркал. В дальнейшем это решение спасло проект от очередного переноса: благодаря участию НАСА, Госдепартамент США выдал разрешение на реэкспорт из Германии в Россию необходимой ПЛИС (Программируемая логическая интегральная схема). Созданные в Центре в Сарове зеркала были установлены на образце телескопа, который использовался для ресурсных испытаний.

Телескоп ART-XC

Телескоп ART-XC будет дополнять eROSITA в диапазоне энергий 5-30 кэВ, т. е. с небольшим пересечением. Это поможет при калибровке инструментов, а также должно повысить надежность научных результатов. Телескоп должен будет фиксировать жесткие рентгеновские, а также транзиентные (т. е. обладающие переменной яркостью) источники. Поле зрения ART-XC составляет 0,3 кв. градуса, его фокусное расстояние – 2700 мм. Детекторы работают при температуре -20⁰C.

Более подробно о конструкции телескопов можно прочитать в этой презентации (стр. 6-9).

Космический аппарат «Спектр-РГ» построен на платформе «Навигатор», разработанной НПО им. Лавочкина. На этой же платформе работали радиотелескоп «Спектр-Р» и метеорологические спутники «Электро-Л». Масса заправленного космического аппарата «Спектр-РГ» составляет 2,7 т (из них масса полезной нагрузки – 1,2 т). Связь с Землей обеспечивается в X-диапазоне со скоростью передачи данных до 512 Кбит/с.

Пуск ракеты-носителя «Протон-М» с аппаратом «Спектр-РГ» запланирован на пятницу 21 июня в 15:17 мск. На отлетную траекторию аппарат будет выведен разгонным блоком «ДМ-03». И ракета, и разгонный блок были и изготовлены достаточно давно – в 2013 и 2011 годах – для запуска спутников «Глонасс-М». У «Протона-М» гарантийный срок заканчивается этим летом, а гарантийный срок разгонного блока был продлен в прошлом году.

«ДМ-03» имеет не очень хорошую летную историю, но это не связано напрямую с его техническими недостатками. Первый полет разгонного блока закончился неудачей из-за ошибки эксплуатации: в него залили на 25% больше окислителя (жидкого кислорода), чем было необходимо. В дальнейшем система заправки «ДМ-03» была модернизирована, чтобы исключить такие случаи. В ходе своего второго полета в 2013 году «ДМ-03» не достиг орбиты из-за аварии ракеты «Протон-М». Наконец, третий полет в 2015 году стал успешным.

По сравнению с блоком «Бриз-М», «ДМ-03» обладает более высокой точностью выведения.

«Спектр-РГ» будет работать на гало-орбите вокруг точки либрации L2 системы Земля-Солнце в 1,5 миллионах км от Земли. Период обращения вокруг точки составит 6 месяцев. В случае успеха «Спектр-РГ» станет первым российским космическим аппаратом с 1980-х годов, который будет работать за пределами орбиты Земли.

Точка L2 удобна для проведения обзоров неба: вращаясь вокруг оси, которая примерно соответствует направлению на Солнце, аппарат сможет проводить научные наблюдения, при этом не теряя Солнце из поля зрения.

Перелет космического аппарата к точке L2 займет около трех месяцев. В ходе перелета после дегазации будут проводиться юстировка, калибровка и тестирование телескопов, а также пробные наблюдения. Для поддержания орбиты в точке L2 каждые 45 суток «Спектр-РГ» будет проводить коррекцию. Проведение общего обзора неба займет 4 года. Ожидается, что за это время будет произведено восемь полных обзоров (по полгода на каждый). Оставшиеся 2,5 года из ожидаемого срока активной службы аппарата уйдут на наблюдения отдельных источников излучения, которые привлекут интерес ученых.

В отличие от радиотелескопов наподобие «Спектр-Р», которые замеряют излучение в отдельной точке, «Спектр-РГ» будет получать фотографии неба. Однако это будут снимки в одном диапазоне (т. е. черно-белые), а не мультиспектральные, как у телескопов, работающих в широком видимом диапазоне спектра. Рентгеновское излучение (0,1-100 кэВ) не проходит через атмосферу Земли, а потому для исследования Вселенной в этом диапазоне применяются космические телескопы. В рентгеновском излучении можно наблюдать взрывы сверхновых звезд и аккрецию вещества на компактные релятивистские объекты – черные дыры и нейтронные звезды.

Также в этом диапазоне излучает горячий газ в скоплениях галактик, и именно он отражает распределение вещества во Вселенной. Скопления галактик формируют крупномасштабную структуру Вселенной, которая напоминает паутину: скопления и межгалактический газ образуют ее нити и узлы, а между ними находятся области, практически лишенные материи.

В центрах многих галактик находятся сверхмассивные черные дыры. Они активно аккрецируют окружающее их вещество, в результате чего становятся мощнейшими источниками электромагнитного излучения, а также выбрасывают в пространство узкие струи — джеты. Обсерватория «Спектр-РГ» должна обнаружить около 3 миллионов активных ядер галактик.

Для определения расстояния до наблюдаемых рентгеновских источников и их природы необходимы наблюдения в других диапазонах, прежде всего, в оптическом, и поэтому к работе будут привлечены наземные обсерватории. С российской стороны это телескоп БТА Специальной астрофизической обсерватории РАН, Кавказская горная обсерватория (ГАИ им. Штенберга), Российско-турецкий телескоп РТТ-150 в Турции, телескопы АЗТ-33ИК и АЗТ-33ВМ Саянской обсерватории (Институт солнечно-земной физики СО РАН).

С немецкой стороны будут задействованы широкоугольные телескопы в обсерватории Апачи-Пойнт (США) и в обсерватории Лас-Кампанас (LCO, Чили), телескоп имени Виктора Бланко (Межамериканская обсерватория Серро-Тололо, Чили), VISTA (Европейская Южная обсерватория ESO, Чили) и телескоп в обсерватории Ла-Силья (ESO, Чили).

Изображение ниже: симуляция излучения неба в рентгеновском диапазоне.

• < Назад
• Вперёд >