Радиоастрон - взгляд во Вселенную

Введение

Орбитальная астрофизическая  обсерватория "Спектр-Р" образует совместно с земными радиотелескопами радиоинтерферометр со сверхбольшой базой  и предназначена для проведения фундаментальных астрофизических  исследований в радиодиапазоне электромагнитного  спектра. Международный проект Радиоастрон  предусматривает запуск космического 10-метрового радиотелескопа на высоко апогейную орбиту спутника Земли. Цель проекта состоит в том, чтобы  создать совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов  единую систему наземно-космического интерферометра для получения изображений, координат и угловых перемещений  различных объектов Вселенной с  исключительно высоким разрешением.

Орбита спутника Радиоастрон  имеет радиус апогея до 350 тысяч километров. Интерферометр при таких базах  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. 

 

 

 

Программа Радиоастрон, разработанная  Астрокосмическим центром (АКЦ) Физического  института им. П.Н.Лебедева Российской академии наук совместно с другими  институтами РАН и организациями  Федерального космического агентства (Роскосмос), расширилась в глобальное международное сотрудничество. Ученые нескольких стран создали часть  бортовых научных приборов, специальные  телеметрические станции и центры обработки, составили научную программу  и подготовили участие в проекте  Радиоастрон крупнейших наземных радиотелескопов. При этом Казахстан создала спутник, антенну космического радиотелескопа и часть бортовых приборов. Космический аппарат и конструкция космического радиотелескопа разработаны в НПО им. С.А.Лавочкина.

Исследовательская часть

Разрешение интерферометра прямо пропорционально времени  наблюдения и длине базы интерферометра. При наблюдении с Земли база интерферометра ограничена диаметром Земли, а время  наблюдения измеряется часами и ограничивается вращением планеты и выходом  одного из телескопов из поля зрения.

 

 

В научном проекте "Радиоастрон" применение радиотелескопа на высокоэллиптической  орбите позволяет получить интерферометр, у которого время наблюдения соизмеримо с периодом обращения, а длина базы интерферометра - с диаметром орбиты. Интерферометр при таких базах обеспечит информацию о морфологических характеристиках и координатах галактических и внегалактических радиоисточников с шириной интерференционных лепестков до 33 микросекунд и даже до 8 микросекунд дуги для самой короткой длины волны проекта 1,35 см.

 

 

 

 

В качестве наземного плеча  интерферометра могут использоваться радиотелескопы Медвежьи Озёра, Калязин, Аресибо, Бонн, Евпатория, Мадрид и другие.

Для сопровождения миссии готовятся наземные станции слежения ВИРК: в Казахстане - Пущино (АКЦ ФИАН) и две станции за рубежом. 

Станции слежения обеспечивают выполнение следующих функций:

• приём цифрового потока научных и служебных данных;
• синхронизацию работы бортовой научной аппаратуры космического аппарата от наземного водородного стандарта чистоты (путем передачи на борт КА сигнала частотой 7,2075 ГГц и приема обратного сигнала на частоте 8,400 ГГц);
• для баллистической поддержки по определению положения космического аппарата на орбите.

Предприятия и  организации - участники создания   космического аппарата "Спектр-Р"

Космическая платформа "Навигатор" 

 

Комплекс научной  аппаратуры 

 

Состав и основные характеристики

космического  радиотелескопа 

 

Зеркальная антенна космического радиотелескопа диаметром 10 м изготовлена  из композиционного материала (углепласт-алюминиевые  соты-углепласт) и состоит из 27 раскрывающихся лепестков и центрального зеркала  диаметром 3 м. Отношение фокусного  расстояния к диаметру 0.43 и максимальные отклонения поверхности зеркала  от идеальной не более 2 мм. Диапазоны  приемников 0.324, 1.66, 4.83 и 18.4-25.1 ГГц. 

Кольцевой 4-х диапазонный  облучатель в фокусе КРТ обеспечивает возможность одновременного наблюдения на двух частотах или в двух круговых поляризациях. Все частоты комплекса  КРТ синхронизованы с высокостабильными  опорными сигналами, передаваемыми  наземными станциями слежения, которые  оборудованы водородными стандартами  частоты. Спутник располагает также  собственными бортовыми рубидиевым и водородным стандартами частоты  для независимой синхронизации  частоты и радиометрического  режима. 

 

Малошумящие усилители диапазонов L, С и К расположены вне герметичного контейнера и охлаждаются до температуры (100-150) К с помощью бортовой радиационной системы охлаждения. Малошумящий  усилитель для Р-диапазона расположен внутри термоконтейнера и работает при температуре приблизительно 300 К. Приемник каждого диапазона  имеет два канала: один для левой  и один для правой круговой поляризации. При спектральных исследованиях  центральная частота К-диапазона  может настраиваться на любое  значение в окнах 21160-21288 и 22136-22232 МГц (для двух поляризаций). Это делается для наблюдений спектральных линий  Н20 мазеров с учетом красного смещения (разброс по скоростям от -300 до +1300 км/с и от +12700 до +14500 км/с).

Форматер КРТ обеспечивает однобитное квантование данных и  четыре наблюдательных режима. 

 

Диапазон	Р	L	С	К
Центральная частота (МГц)	327	1665	4830	18392- 25112
Ширина регистрируемой полосы (МГц) (для каждой поляризации)	4	32	32	32
Шумовая температура  системы (К)	70	50	50	60
Эффективность антенны	0.3	0.5	0.5	0.3
Чувствительность  КРТ (Ян)	8200	3500	3500	7000

 

 Состав и основные характеристики космического радиотелескопа  

 

 

Высокоинформативный научный радиокомплекс 

 

 

 

Максимальная скорость формирования научных данных 128 МБит/с при общей  скорости в 144 МБит/с. Передача данных обеспечивается на частоте 15,000 ГГц. Исходящий поток  данных разбит на кадры в 20000 байт длиной. Система ВИРК обеспечивает также  двухстороннюю когерентную связь  для передачи фазы на частоте 7,207500 ГГц  вверх и 8,400 ГГц вниз. Опорный сигнал для КРТ обеспечивается водородным мазером на станции слежения, куда передаются также расчетные навигационные  данные.

 

 

 

Радиоэлектронный  комплекс 

 

Радиоэлектронный комплекс состоит из следующих составных  частей:

 

• Научный контейнер - ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина"
• Фокальный контейнер - ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина"
• Бортовые водородные стандарты частоты - ЗАО "Время-Ч", Нижний Новгород

 

     Радиоэлектронный  комплекс

Фокальный модуль  

 

Фокальный модуль состоит  из фокального контейнера и фокального узла. 

 

В состав фокального                                     модуля входят: малошумящий усилитель диапазона 92 см. ОАО КБ "Горизонт", Нижний Новгород; малошумящий усилитель диапазона 1,35 см. ФГУП ОКБ ИРЭ РАН; малошумящий усилитель диапазона 6см. ФГУП ОКБ ИРЭ РАН; малошумящий усилитель диапазона 18см. CSIRO - Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, Австралия; конструкция контейнера, СОТР - "холодная плита", БКС - ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина"

 Радиоэлектронный комплекс

Научный контейнер

 

	Научный контейнер состоит  из следующих составных частей:   бортовые рубидиевые стандарты частоты. Обсерватории Ношатель, Швейцария формирователь гетеродинных и тактовых сигналов. ЗАО НПП "Салют-27", Нижний Новгород преобразователи сигналов. ФГУП ОКБ ИРЭ РАН блок управления и анализа состояния. ОАО "ОКБ AAЛAM" Бишкек, Кыргызстан конструкция контейнера, СОТР, БКС - ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина"

 

  Новые технические  решения, применённые при разработке

космического  аппарата «Спектр-Р» 

 

При создании космического аппарата "Эпектро-Л" использован  огромный опыт и преемственность  научно-технических разработок, которые  были успешно реализованы в других темах НПО имени С.А.Лавочкина. Все вновь разработанные решения  прошли полный цикл наземной отработки.  

 

КА построен по модульному принципу в негерметичном исполнении. В НПО имени С.А.Лавочкина разработана  унифицированная космическая платформа "Навигатор", которая в настоящее  время используется для космических аппаратов "Электро-Л", "Спектр-Р", "Спектр-РГ", "Спектр-УФ"и других.  

 

 

Применены сотовые панели со встроенными тепловыми трубами, как несущего конструктивного элемента, используемого для размещения бортовой аппаратуры.
	Конструкция космического радиотелескопа, состоящая из 27-ми лепестков поистине уникальна. Лепестки представляют собой  углепластиковую трёхслойную сотовую  конструкцию. Наземная отработка раскрытия  КРТ потребовала применения оригинальных технических решений.
Для запуска космического аппарата использован разгонный  блок "Фрегат-СБ", позволивший  оптимизировать средства выведения  КА на высокоапогейную орбиту.

 

 

 

 

 

 

Комплексная программа  экспериментальной отработки

космического  аппарата «Спектр-Р»

 

 

 При создании космического аппарата был выполнен весь объём комплексной  программы экспериментальной отработки, подтверждающей его работоспособность. При этом отрабатывались как отдельные  агрегаты (более 100 наименований), так  и стендовые изделия. 

 

	Антенный макет, на котором  была подтверждена правильность размещения элементов АФС на борту космического аппарата.
Конструкторский макет, на котором  была проведена увязка всех элементов  конструкции и бортовой кабельной  сети.
	Изделие вибродинамических  и статических испытаний, на котором  была подтверждена прочность и стабильность конструкции космического аппарата.
Специфика конструкции КА потребовала проведения расчёта  динамической схемы, подтверждённой комплексом мероприятий по определению динамических характеристик КА и его составных  частей, для оценки их влияния на выполнение целевых задач.
	Изделие (двигательная установка) огневых испытаний, на которой был  проведён полный цикл натурных огневых  испытаний.
Габаритно-эксплуатационный макет, на котором проведена проверка правильности принятых решений при  работах с изделием на техническом  и стартовом комплексах, при заправке.
	Изделие тепловакуумных испытаний, подтвердившее правильности принятых решений и теоретические расчёты  СОТР КА.
Этап электрорадиотехнических  испытаний, на котором проведена  полна проверка функционирования и  взаимодействия всех бортовых систем, отработаны алгоритмы парирования  нештатных ситуаций, проведены испытания  на ЭМС и ЭСР.

 

 

 

 

 

Комплексные испытания  и подготовка к запуску лётного образца

космического аппарата «Спектр-Р»  

 

Отработка лётного космического аппарата "Спектр-Р " проведена  в полном объёме и основана на многолетнем  опыте создания космической техники.  

 

На КА проведены комплексные  испытания разобранного изделия. Этап, на котором отрабатывается полный объём  испытаний бортовой аппаратуры, на котором есть возможность обеспечить доступ к любому прибору, блоку, агрегату в случае возникновения неполадок.
	Космический аппарат "Спектр-Р" прошёл проверку работоспособности  в вакууме - условиях максимально приближенных к натурной эксплуатации на орбите.
КА "Спектр-Р" прошёл полный комплекс электрических  испытаний собранного изделия. Были проверены работоспособность и  взаимодействие всех систем.
	Проведены контрольно- юстировочные операции, технологические виброиспытания, испытания на герметичность двигательной установки, проверка зазоров с головным обтекателем и определение масс- центровочных характеристик.
В процессе приёмосдаточных  испытаний КА были проведены проверки функционирования всех раскрывающихся элементов: антенны КРТ, панелей  солнечных батарей, антенн, штанги магнитометра
	Заключительные операции перед отправкой на технический  комплекс включают очистку и проверку чистоты поверхности КА, окончательную  установку экранно-вакуумной теплоизоляции.