Тонкость идеи проекта заключается в организации одновременных наблюдений несколькими телескопами, разнесенными по дальности на расстояния, многократно превышающими размеры Земли. Это обстоятельство приводит к тому, что разрешение и чувствительность такого гигантского исследовательского инструмента во много раз выше, чем реализуемые только наземными средствами.
Прелесть орбиты РадиоАстрона с многотысячной высотой апогея как раз и заключается в том, что орбитальный радиотелескоп удаляется от наземных на очень большие расстояния.
Заявляли триста тысяч километров… Больше, орбита почти до Луны. Высота апоцентра достигает 350 тысяч километров. При этом орбита все время несколько «дышит», поскольку ее постоянно возмущает Луна. Есть определённый плюс в том, что орбита «дышит», т.к. в результате этой эволюции орбиты оказываются возможными наблюдения астрономического объекта с различных направлений и, в конечном итоге, корректно определить его координаты на небесной сфере и построить его изображение.
Давайте поговорим о том, на каких частотах, на каких длинах волн идёт работа. Ну, об этом можно сказать следующее. Всё зависит и от прозрачности атмосферы для разных длин волн, и, соответственно, от возможности наземных телескопов, которые в каком-то диапазоне видят лучше, а в каком-то хуже. Где-то атмосфера мешает больше, где-то меньше. Поэтому диапазоны наблюдений назначаются самими астрофизиками, которые изучают тот или иной объект, или, как принято говорить, источник. Это целиком их прерогатива и мы в этот вопрос не вмешиваемся. Они нам говорят: четыре диапазона – мы в них и работаем. Причём, немножко похвастаюсь, оказалось так, что поставив на Радиоастрон четыре приемника на четыре диапазона, мы тем самым обеспечили возможность работать с множеством телескопов.
На фото: Лепестки рефлектора радиотелескопа РадиоАстрон в развёрнутом состоянии Проекту Радиоастрон до момента запуска было более 25 лет. Вы с самого начала на проекте? Я пришел на должность ведущего конструктора (сегодня эта должность называется рroject manager) в НПО имени С.А. Лавочкина, где проработал в общей сложности 30 лет. Под моим наблюдением оказалось три проекта. Все три проекта назывались «Спектрами»: «Спектр Р» – это РадиоАстрон, для исследований в радиочастотных диапазонах; «Спектр УФ» – для ультрафиолетового диапазона и «Спектр РГ» – для исследований рентгеновского и гамма-излучений.
Я на эту должность попал на этапе завершения формирования постановления Совмина СССР в 1986 году. Вышел на работу в самом начале 1986 года и буквально сразу был вынужден поехать в командировку, в связи с пролётом кометы Галлея. (Я же до назначения почти 20 лет работал в отделе динамики космических аппаратов, и мне нужно было отследить, как аппарат переживёт бомбардировку от хвоста кометы). Кстати, аппарату крепко досталось от этой бомбардировки.
А что касается «РадиоАстрона», то его техническое воплощение началось в 1986 году, и с самого начала пошло не очень резво. Девяностые годы, как вы понимаете, вообще можно выкинуть. То есть деньги, конечно, были, но только на то, чтобы научные и инженерные коллективы держались и не разбежались. Ясно, что ничего путного в таких условиях сделать было нельзя. Начиная с двухтысячных годов, работа пошла очень интенсивно. К примеру, в 2003 – 2004 годах появился полигон, который был специально сделан для радиоастрономической проверки нашего телескопа. В Пущино были построены корпус и откатной павильон, он там стоит до сих пор.
Мы отработали технологический макет космического радиотелескопа по калибровочным радиоисточникам – реальным звездам и определили диаграмму направленности антенны. Правда, делали это на одном частотном канале – нам этого было достаточно. Мы сразу поняли, что аппаратура работает, что антенна имеет ту диаграмму, на которую мы и рассчитывали, тем самым подтвердились радиотехнические параметры антенн.
При этом, правда, было много всякого. Дело в том, что для повышения чувствительности радиоприемных устройств их, как правило, охлаждают, т.к. в этом случае собственные шумы аппаратуры становятся заметно ниже и повышается чувствительность радиотелескопа. В этом случае на фоне шумов естественных и шумов аппаратуры легче выделяется сигнал исследуемого источника электромагнитного излучения. Для этого мы много поработали с фокальным узлом, где установлены малошумящие усилители принимаемых сигналов – сделали специальный радиопрозрачный кожух из пенопласта, внутри которого разместили систему охлаждения, заправляемую жидким азотом. И пока этот азот испаряется эта система терморегулирования, обеспечивала приемлемый уровень температур. По другому на Земле вне специальных камер этого достичь нельзя – слишком мощный тепловой фон.
А какая там температура требуется? В условиях полигона нам удалось достигнуть уровня около минус 90 °С. В условиях космического пространства малошумящие усилители штатно работают при температуре минус 110...120 °С. Нам хотелось бы дойти до более низких уровней температур, но, к сожалению, не все и не всегда получается так, как хочется. И, тем не менее, результаты получились достаточно хорошими.
Что еще было? Из инновационного. Инновационного было довольно много. В период, когда делался этот проект, было довольно трудно добиться стабильности формы антенны, – чтобы она не менялась в связи с изменениями собственной температуры. Самая короткая длина волны у неё 13,5 мм (кстати, у астрономов принято обозначать в сантиметрах, т.е. – 1,35 см). Специалисты знают, согласно теореме Котельникова, точность антенны должна быть не хуже 1/32 части длины волны. Добиться такого среднеквадратичного отклонения поверхности складного параболоида антенны 10-метрового диаметра было непросто. Поэтому мы ушли на уровень максимально допустимого отклонения. В эксплуатационных условиях это 2 мм – почти 1/8 длины волны. Но это – 2 миллиметра максимального искажения, на тот случай, когда антенна с какой-либо стороны окажется подсвеченной и подогретой Солнцем, а абсолютно идеальную теплозащиту сделать невозможно. Поэтому пойдёт какое-то температурное искажение поверхности – температурные деформации. Поэтому мы сказали: ладно, на эту эксплуатационную температурную деформацию в условиях полета мы отдаём миллиметр. На максимальное отклонение в земных условиях, например, когда мы аппаратуру предъявляем заказчику, оставили один миллиметр. А что такое один миллиметр в максимуме? Это значит, что среднеквадратичное отклонение по всей поверхности рефлектора – около 0,3 мм. Представьте, 0,3 мм на 10-метровой чаше! Нам удалось в это уложиться.
Что ещё интересного с точки зрения новизны. Например, интересна композиция слабо деформируемого материала. Лепестки складного рефлектора, которые формируют сам рефлектор, их оболочки, – всё это сделано из трехслойного углепластика – две обшивки, между которыми размещен слой алюминиевых сот. В результате получается хорошая трехслойная структура, с которой можно работать.
Лепестков всего – 27. Тоже, наверное, удивительно – почему именно 27, а не 36? Ведь делить окружность на 36 частей проще? А 27 потому, что именно при таком количестве лепестков, в сложенном состоянии, всё изделие может поместиться под обтекатель ракеты-носителя.
И антенна сохраняет свойства при любых температурах? То есть ее можно подрегулировать, и она будет сохранять свои характеристики? Все высокоточные регулировки профиля рефлектора и установка облучателей в фокусе параболоида проводились на специально созданных стендах с применением систем обезвешивания – устройствах, минимизирующих гравитационное влияние Земли на форму каждого из элементов рефлектора.
В условиях космического полета регулировки невозможны – на такую орбиту нельзя послать космонавтов для выполнения регулировочных операций.
Поэтому мы и рассчитывали на специальную выкладку углепластиков, с тем, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузок, чтобы не было никакой доминанты в каком-то направлении, и на сохранение проведенных в наземных условиях регулировок в условиях космического пространства.
Что еще интересного было сделано. Принципиально космический радиотелескоп установлен на модуле служебных систем. Набор служебных систем в модуле – стандартный. Это системы электропитания с солнечными батареями, система управления и ориентации, система бортового радиокомплекса, через который надо команды подавать на борт, получать телеметрию с борта и т.д.
А где размещены гироскопы? Они входят в состав системы управления и ориентации космического аппарата. Это называется «Бортовой управляющий комплекс». Там есть так называемый ГИВУС – гироскопический интегратор вектора угловой скорости – слабо дрейфующая аппаратура. Она дрейфует как и любой гироскоп. С помощью астродатчиков осуществляется наведение на опорные звезды (вовсе не те, которые исследуются космическим радиотелескопом) в результате аппарат совершенно четко по этим звездам ориентирован в пространстве. Но он иногда «закрывает глаза», оставаясь на одних гироскопах. Эти «глаза» через некоторые интервалы открываются, вносятся поправки в наведение, и они опять «закрываются». В этом – специфическая логика работы этого комплекса. Но надо понимать, что оси оптических датчиков, с помощью которых наводится аппарат на опорные звезды, – это система координат, в которой положение диаграммы направленности радиотелескопа может не соответствовать направлению на исследуемый объект. Для согласования этих положений проводятся специальные сеансы юстировки, в ходе которых определяются расхождения осей астродатчиков и диаграммы направленности бортового радиотелескопа. Введением поправок в астродатчики эти систематические расхождения осей учитываются.
Но существуют, хоть и малые, температурные случайные деформации. Для того, чтобы максимально сократить цепочку, на которой могут набегать эти температурные деформации, комплекс оптических приборов расположен не на модуле служебных систем, хотя функционально и принадлежит этому модулю, а непосредственно на конструкции радиотелескопа в месте, максимально приближенном к рефлектору. Это было настолько удачным решением, что мы сегодня можем наводиться с действительно хорошими точностями.
И вам, практически, нет надобности в специальной коррекции орбиты? Ну, орбита – это что? Это её наклонение, это высота перицентра, долгота восходящего узла, еще что-то... А, в принципе, всё решается в системе трех тел – Земля, Луна и сам аппарат. Правда, там ещё полно других факторов, где-то Солнце, где-то Марс проходит. Пускай слабо, но они тоже будут возмущать орбиту и ее все-таки надо иногда корректировать. В составе модуля служебных систем, есть специальная корректирующая двигательная установка, для того, чтобы создать импульс тяги, который по законам механики изменит вектор скорости аппарата. Величина приращения скорости зависит от развиваемой двигателем тяги, массы аппарата, времени работы двигателя и направления действия вектора тяги. Вообще управлять такой разлапистой 10-метровой конструкцией не так-то просто. У нас только МИР был соизмерим. Сейчас – МКС. То есть на сегодня РадиоАстрон, на мой взгляд, один из крупнейших спутников Земли, работающих в интересах мирового научного сообщества в сфере фундаментальных астрофизических исследований.
На текущий момент в научных исследованиях, проводимых в рамках проекта «Радиоастрон» с использованием космического радиотелескопа, принимают участие более 30 крупнейших радиотелескопов и обсерваторий мира.
А по топливу у Радиоастрона ресурс на сколько рассчитан? На пять лет. Но это - ресурс по топливу, который рассчитан не только на задачи коррекции. Вы с релейными системами управления как-то знакомы?
Ну, примерно представляю. Ну, в двух словах. Вот ваше заданное положение в пространстве, а это ваша скорость. Ваше идеальное положение – стоять, как гвоздями к небу прибитым, вот в этой точке. Но ведь так не бывает. Тем более в линейной системе, может быть, вы в это состояние и загоните, но вы обязательно все время будете там как-то «дрожать». И это будет требовать больших энергетических затрат. Но есть простой выход. У вас по углу организуется некая зона нечувствительности, и вы разрешаете аппарату по этой оси немножко гулять. Вот если это – объект наблюдения, то я ему разрешу уходить, грубо говоря, на одну-на две угловых секунды сюда и на две угловых секунды в эту сторону. Таким образом, у меня здесь есть свобода движения, - я ему разрешаю. И задаю ему какую-то маленькую допустимую скорость. Таким образом, я могу сказать, что в этой зоне аппарат у меня не управляется. Он тут дрейфует, как хочет, как ему нравится.
У вас всегда будет существовать некий возмущающий момент. В качестве примера - солнечное давление. Оно всегда будет утаскивать вас куда-то на край. В этот момент должно что-то сработать и толкнуть его в обратную сторону. Всё это в теории управления называется предельным циклом.
В старые времена, это движение - толкнуть в обратную сторону - выполняли газовые активные «сопелочки». Они работали на азоте. То есть система дошла до края, чихнула, толкнулась в обратную сторону и поплыла. До другого края дошла, чихнула и пошла в обратную сторону. Это, так называемые, автоколебания, колебания в предельном цикле. И это - штука довольно расходная. Почему азот использовался? Он использовался только потому, что не люминесцирует под солнечными лучами. В противном случае оптические датчики могут за облачко выброшенного газа как за собственным хвостом гоняться. Датчики спутают его со звездой, и вся система пойдёт гулять за облачком.
Азот закачивают под очень высоким давлением, а там начинается: редуктор понижающий, трубки проводящие, клапан один, клапан другой…. Итого - на 7,5 кг азота набирается 12,5 кг металла. А на долгую жизнь станции этого азота надо много. Это какой же дополнительный вес получается! И при всём этом очень хочется иметь, как бы выразиться, - нежное управление. Потому что, при управлении газовыми органами, чихнул – и все начинает гулять, звенеть и колебаться. Пока эти колебания продолжаются, происходит переход энергии в тепло, которое рассеивается на упругих элементах конструкции.
Поэтому сейчас используются электромаховичные исполнительные механизмы. Не следует путать с гироскопом. Это - просто хорошо раскрученная масса.
На фото: Космический аппарат в сборочном цехуНу, гироскопический эффект все равно там обязательно будет… Да, некоторый эффект там есть. Маховик может считаться аналогом гироскопа, потому что тоже стремится сохранить свое положение в пространстве. Но цель управления вот какова. Почему на велосипеде люди всегда боялись пользоваться передним тормозом? Потому что если на высокой скорости с его помощью затормозить, то, мало того, что существует инерция поступательного движения велосипеда, есть ещё и инерция относительно точки, вокруг которой он может кувыркнуться, и… раскрученная масса переднего колеса. Если её тормозом зажать, то её кинетический момент перейдёт на всю структуру велосипеда. Это даст дополнительный опрокидывающий момент велосипеду. Дальнейшая картина известна.
Вот этот принцип и заложен в наши маховики. Именно - маховики. Можно вспомнить маховики, используемые на заводских электрокарах. Маховик раскрутили, потом начинают фрикционом притормаживать. Куда он отдаст свою энергию? В движение электрокара. Вот так и в нашем случае. Если маховик начать притормаживать, то доля его кинетического момента перейдет на аппарат. А поскольку возмущающий момент действует постоянно, то вы постоянно будете маховик притормаживать.
Но вот, наконец, он потерял всю энергию и остановился. Тогда его непременно надо опять раскрутить. И для того, чтобы эту процедуру провести, надо опять включать эти газореактивные исполнительные органы. Они позволяют, хоть и с худшей точностью, но сохранить ориентацию аппарата в пространстве, не теряя звезды, не теряя Солнца.
И применение ваших маховиков можно квалифицировать как достижение? Это давно известный принцип управления, который массово применяется в системах управления, - достижение не нашего радиоастрономического прибора, а скорее атрибут системы управления космическими аппаратами.
Вы собирались ещё что-то рассказать о каркасе лепестков, формирующих рабочую поверхность рефлектора космического радиотелескопа… У нас были очень жесткие требования к кручению этого каркаса. Каркас состоит из трех углепластиковых труб, которые друг с другом соединены титановыми фитингами. Мы их подбирали так, чтобы, если одна труба при повышении температуры закручивается по часовой стрелке, то другая труба закручивалась бы против, компенсируя первую. Допустимые пределы кручения были очень жестко регламентированы. А поскольку это не серийное производство, то всё, естественно, идет на уровне ручной выкладки. Общеизвестно, что в подобных случаях на станке идеально этого добиться невозможно, а уж вручную…. После того, как нам эту трубу сделали, мы её испытывали то на нагрев, то в холодильной камере. И тогда выяснилось, что часто эта крутка превышает допуски. Но у нас работает В.Н.Пышнов - талантливый специалист, кандидат наук, специалист как раз вот по таким углепластиковым вещам. Он рассчитал, что если на эту трубу с внешней стороны наложить под определённым углом углеродную ткань, то с помощью перетяжки этой ткани можно эту скрутку скомпенсировать. Трубу по этому расчёту проверили экспериментально и попали, практически, в ноль. Шесть труб, «вылеченных» таким способом, проверили и убедились в корректности расчетов. После этого, остальные, подвергнутые «лечению», даже проверять не стали. В результате, сейчас в космосе, все углепласитковые элементы ведут себя замечательно.
Получается, что вы нашли решение одной из ключевых проблем практически бесплатно? Уместно вспомнить известную притчу, когда американцы, кажется в НАСА, запросили много миллионов долларов на разработку пишущего узла для космонавтов, в то время как наши, не заморачиваясь, использовали … Карандаш. Конечно. Это известно. Но принятое решение по «лечению» углепластиковых элементов оказалось не простым и не бесплатным.
Вот цветастенькие картинки – графические представления корреляционной обработки информации, полученной как от космического радиотелескопа, так и от наземных радиотелескопов. На этом изображении карта с размещенными на Земле радиообсерваториями на разных континентах. Мы проектировали и строили нашу станцию очень-очень долго. Слишком долго. Международная кооперация, которая была создана под этот проект, постепенно развалилась. Однако, вопреки ожиданиям, за год – за два до запуска, у нас в проекте определилось штук пять или шесть крупных наземных обсерваторий, которые готовы были участвовать в наблюдениях. Они нам ничем не помогали – ни деньгами, ни аппаратурой. Они просто пошли вместе с нами, начали исследования, после чего свои записи передали нам, а наш корреляционный центр их обрабатывает. После чего и появляются картинки этих замечательных «эйфелевых башен», как я их называю, - диаграмм корреляционных откликов. Кстати, если на момент запуска аппарата 5 или 6 наземных обсерваторий выразили готовность к участию в научных исследованиях, то сейчас более 20 радиотелескопов активно подключились к исследованиям. Дело дошло до того, что коррелятор…
Да, мы их давали в своих публикациях о проекте. Вот, кстати, у вас гиннесовский сертификат висит на стене, и его мы тоже недавно давали. Ну, это такой, я вам скажу, сертификат… Кто-то проглотил самую толстую сосиску не прямо, а поперёк, кто-то вырастил ногти длиной три метра… В этом смысле к Гиннесу я отношусь с определённой долей юмора. Хотя речь, действительно, идёт о самом крупном внеатмосферном телескопе, не имеющем аналогов. Другое дело, - Гиннес все рекорды сваливает в одну кучу… возможно, в алфавитном порядке...
Хотелось бы спросить вас, что ещё можно раскрыть для широкой аудитории из ваших передовых разработок? Ну, которыми можно было бы блеснуть… Ну, блеснуть можно, пожалуй, вот чем. Мне это кажется существенным. Радиоастрон - это штука очень недешёвая. Её жизнь на орбите спутника Земли и обслуживание этой жизни - тоже недешёвое. Учитывая размер параболической антенны, через которую сбрасывается на Землю научная информация, высоту орбиты, на которой работает космический радиотелескоп, мощность и частоту бортового передатчика, нужно было создать систему, которая с гарантией обеспечивает наведение этой параболической остронаправленной антенны на наземный пункт приема информации – на наземную станцию слежения. При этом должно учитываться постоянное изменение положения космического аппарата на орбите и угловое положение аппарата в пространстве, соответствующее наведение радиотелескопа на исследуемый в текущий момент источник. Такая система наведения параболической остронаправленной антенны на наземный пункт приема информации (а их два, - один в Пущино, недалеко от Москвы, второй - в США) создана и надежно функционирует.
Когда были опубликовали параметры антенны космического радиотелескопа, китайцы, решив, что это делали на одном из красноярских предприятий, занимающемся спутниками связи, захотели заказать у них такую же антенну. Те им ответили, что не имеют к этому никакого отношения и перекинули их к нам. Мы тоже сказали, что да, – это мы, но платило за эту разработку государство, и мы не можем вам ее продать просто так. Обращайтесь в Роскосмос, пускай они решат, так как это их собственность. И интеллектуальная, и материальная. Вот какой международный резонанс проявился. Оказывается, кому-то могут понадобиться такие антенны для связи, для ретрансляции или ещё для чего-то. Задачек можно придумать достаточно много. Но я хочу подчеркнуть вот что. Тот резонанс, который мы получили после публикации первых интерференционных откликов, привел к тому, что вместо пяти – шести крупных обсерваторий, на которые мы изначально рассчитывали, к нам пришли тридцать. В результате, нам сейчас приходится катастрофически расширять объем архива. Сеансы идут ежедневно. Точнее, - по нескольку сеансов в день. Согласно отчётности, за первую половину 2013-го года, средствами только одной станции слежения, в Пущино, в общей сложности, проведено 260 сеансов. А полгода – это, примерно, 175 дней. Кроме того, 210 сеансов провели американцы. Значит, всего - 470, вот вам и полтысячи сеансов за полгода. Понимаете, это же колоссальные объемы информации! Поэтому, не успевая всё обрабатывать, мы вынуждены её накапливать для последующей обработки. К сожалению, подключение большого числа обсерваторий произошло уже на довольно солидном сроке жизни аппарата, а гарантийный ресурс для него - три года.
Это вы заявляли три, а в реальности на сколько можно рассчитывать? С доведением до пяти лет. Но по паспорту у нас три. А, значит, согласно техзаданию, Радиоастрон, в августе этого года, грубо говоря, имеет право на отказ. Очень надеемся, что этого не будет, поскольку сегодня никаких тревожных событий на борту не происходит.
То есть, de facto, если он до августа дорабатывает, то вы можете ходить в лавровом венке, а всё остальное – уже довесок? Вряд ли я надену лавровый венок. Но, всё остальное - это плюс. Я могу сказать, что, например, первый Луноход был рассчитан, вообще на одну лунную ночь. А он превысил свой ресурс в разы. Правда, второй, более поздний аппарат, прожил меньше, но дело не в этом. Главное - это то, что стало участвовать много телескопов. Более того, как я уже говорил, у нас появилась вторая станция слежения. За счет этого мы увеличиваем продолжительность сеансов наблюдения. Потому что, когда наша подмосковная станция слежения, в Пущино, не видит аппарат, то ее видят американцы. Нам бы еще третью станцию где-нибудь в Австралии, в южном полушарии, привлечь. Ну, да ладно, в конце-концов американцы предоставили нам свои антенные средства.
.И в чисто АмерикоАбамоСсаки (моя твоя не понимать, Иран, Сербия, Ирак, Ливия, Сирия ) стиле, начинает ездит с лапшой по миру.
могу конкретизировать, тыж вроде спец.
