Российская космическая обсерватория «Спектр-РГ»
13 июля 2019 года в 15:30:57 мск состоялся успешный пуск ракеты-носителя Протон-М» с разгонным блоком «ДМ-03» и космической астрофизической обсерваторией «Спектр-РГ». Спустя два часа, в 17:30 мск, состоялось отделение космического аппарата от разгонного блока «ДМ-03».
Обзор всего неба космической обсерваторией «Спектр-РГ» станет новым шагом в рентгеновской астрономии, история которой насчитывает более 55 лет. «Спектр-РГ» — российский проект с германским участием по созданию орбитальной обсерватории в окрестности либрационной точки L2 системы «Солнце – Земля» для исследования Вселенной в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения.
Проект «Спектр-РГ» предполагает создание национальной обсерватории астрофизики высоких энергий, продолжающей последовательность астрофизических спутников «Астрон» и «Гранат», разработанных в НПО Лавочкина. Аппарат строится по модульному принципу, обладает хорошими характеристиками ориентации и стабилизации, что позволяет в течение года наблюдать практически всю небесную сферу.
Проведение астрофизических исследований запланировано в течение 6,5 лет, из которых
4 года —
в режиме сканирования звездного неба, а
2,5 года —
в режиме точечного наблюдения объектов во Вселенной по заявкам мирового научного сообщества.
Ожидаемые результаты:
Обнаружение около ста тысяч массивных скоплений галактик (фактически всех подобных объектов в наблюдаемой части Вселенной), около 3 млн сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик, сотен тысяч звезд с активными коронами и аккрецирующих белых карликов, десятков тысяч звездообразующих галактик и многих других объектов, в том числе неизвестной природы, а также детальное исследование свойств горячей межзвездной и межгалактической плазмы.
Основные задачи
- изучение переменности излучения сверхмассивных черных дыр;
- наблюдение источников со слабой рентгеновской светимостью;
- исследование гамма-всплесков и их рентгеновских послесвечений;
- наблюдение вспышек сверхновых звезд с исследованием их эволюции;
- изучение черных дыр и нейтронных звезд;
- измерение расстояний и скоростей пульсаров;
- одновременное наблюдение в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах;
- исследование диффузных объектов, близких галактик как в рентгеновском, так и ультрафиолетовом диапазонах;
- локализация жесткого рентгеновского излучения от протяженных объектов;
- исследование формы спектра активных галактических ядер.
Научная аппаратура
Космический аппарат «Спектр-РГ» состоит из базового модуля служебных систем на основе многоцелевого служебного модуля «Навигатор», комплекса научной аппаратуры и адаптера.
Обсерватория включает два уникальных рентгеновских зеркальных телескопа:
ART-XC и
eROSITA, работающих по принципу рентгеновской оптики косого падения.
Основные характеристики:
| Масса заправленного аппарата «Спектр-РГ», кг | 2712,5 |
| Масса полезной нагрузки, кг | 1210 |
| Электрическая мощность, Вт | 1805 |
| Частотный диапазон радиолинии | Х-диапазон |
| Скорость передачи научной информации, Кбит/с | 512 |
| Срок активного существования, лет | 6,5 |
ТЕЛЕСКОП ART-XC (Россия)
Телескоп ART-XC расширяет рабочий диапазон энергий телескопа eROSITA в сторону более высоких энергий (вплоть до 30 кэВ). Диапазоны энергий этих телескопов перекрываются, что дает преимущество с точки зрения проведения их калибровок и повышения надежности научных результатов.
Он изготовлен Институтом космических исследований Российской Академии наук совместно с Российским Федеральным ядерным центром (г. Саров, Россия).
Научный руководитель — доктор физ.-мат. наук Михаил Павлинский.
Задачи:
- составление глубокой «карты» всего неба в диапазоне энергий 5–11 кэВ и карты областей полюсов эклиптики в диапазоне энергий 5–30 кэВ. В этом диапазоне поглощение в межзвездной среде меньше влияет на регистрируемый поток излучения по сравнению с более низкими энергиями. В сочетании с хорошим угловым разрешением телескопа это позволит уверенно регистрировать и локализовывать жесткие рентгеновские источники по всему небу;
- получение большой выборки аккрецирующих белых карликов в галактике Млечный Путь, измерение их массы и другие характеристики;
- регистрация транзиентных рентгеновских источников, среди которых могут оказаться объекты новых типов.
Основные характеристики:
| Энергетический диапазон, кэВ | 5-30 | Длина одной зеркальной оболочки, мм | 580 |
| Угловое разрешение, угл. с | 45 | Диаметр оболочек, мм | 49-145 |
| Полное поле зрения, кв. градусы | 0,3 | Фокусное расстояние, мм | 2700 |
| Масса, кг | 350 | Материал зеркал | никель/кобальт |
| Энергопотребление, Вт | 300 | Покрытие зеркал | иридий |
| Число зеркальных модулей | 7 | Тип детектора | DSSD, CdTe |
| Число зеркальных оболочек в одном модуле | 28 | Размер детектора, мм | 30 х 30 |
ТЕЛЕСКОП eROSITA (Германия)
Прибор eROSITA позволит впервые провести обзор всего неба в диапазоне энергий 0.5-10 кэВ с беспрецедентным спектральным и угловым разрешениями.
Головная организация — Институт внеземной физики Общества им. Макса Планка, Германия.
Научный руководитель — доктор Петер Предель.
Задачи:
- проведение обзора неба в диапазоне энергий 0,3-10 кэВ с беспрецедентным спектральным и угловым разрешениями, что позволит ученым провести новые исследования темной материи и объектов во Вселенной;
- обнаружение 3 млн сверхмассивных черных дыр;
- исследование горячей межгалактической среды в 50-100 тыс. скоплений и групп галактик, а также горячего газа в филаментах (плотных узких нитях космического вещества, состоящих из пыли и газов) с целью изучения эволюции космической структуры;
- детальное изучение физики популяций галактических рентгеновских источников, таких как аккрецирующие белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры в двойных системах, остатки вспышек сверхновых, звезды с активными коронами, протозвезды.
Основные характеристики:
| Энергетический диапазон, кэВ | 0,3–11 | Длина одной зеркальной оболочки, мм | 300 |
| Угловое разрешение, угл. с | 18 | Диаметр оболочек, мм | 76–358 |
| Поле зрения, кв. градусы | 0,81 | Фокусное расстояние, мм | 1600 |
| Масса, кг | 815 | Материал зеркал | никель |
| Энергопотребление, Вт | 405 | Покрытие зеркал | золото |
| Число зеркальных модулей, шт. | 7 | Тип детектора | Pn-CCD, Si |
| Число зеркальных оболочек в одном модуле, шт. | 54 | Размер детектора, мм | 28,8 х 28,8 |
Выведение обсерватории на орбиту
- Пуск ракеты-носителя «Протон-М» (изготовитель — ГКНПЦ им. М.В. Хруничева) с разгонным блоком «ДМ-03» (изготовитель — РКК «Энергия») и российской космической обсерваторией «Спектр-РГ» запланирован 13 июля 2019 года с пусковой установки №24 площадки №81 космодрома Байконур.
- Через 9 минут 43 секунды после старта состоится отделение головного блока (разгонный блок + космический аппарат) от третьей ступени ракеты-носителя. Дальнейшее выведение на целевую орбиту космического аппарата «Спектр-РГ» осуществляется разгонным блоком «ДМ-03» по схеме перелета разгонного блока с двумя включениями маршевого двигателя: через 15 минут и 1 час 37 минут после старта соответственно.
- Отделение обсерватории «Спектр-РГ» от разгонного блока «ДМ-03» на целевой орбите запланировано через 1 час 59 минут 55 секунд после старта.
Программа полета:
- 3 месяца после запуска — перелет в окрестность L2, юстировка, калибровка и тестирование телескопов, пробные астрофизические наблюдения;
- 4 года — проведение обзора всего неба в диапазоне 0,3–11 кэВ;
- 2,5 года — наблюдения в режиме трехосной стабилизации выбранных источников и участков небесной сферы, в том числе в более жестком энергетическом диапазоне до 30 кэВ.
Гало-орбита вокруг внешней точки Лагранжа L2 системы «Солнце – Земля» — на расстоянии
1,5 млн км от Земли. Период обращения вокруг точки L2 —
около 6 месяцев, максимальное удаление от плоскости эклиптики —
400 тыс. км.
Точка L2 удобна для проведения обзоров, вращаясь вокруг оси, которая примерно соответствует направлению на Солнце. Аппарат «Спектр-РГ» сможет провести полный обзор небесной сферы за полгода, при этом Солнце не будет попадать в поля зрения. За 4 года ученые смогут получить данные 8 обзоров всего неба. Но при этом предстоит решить сложную задачу – поддерживать аппарат на орбите, проводя корректирующие маневры.
Наземная поддержка
Для правильного определения расстояния до наблюдаемых рентгеновских источников и их природы необходимы наблюдения в других диапазонах, прежде всего, в оптическом.
С российской стороны наземную поддержку наблюдений обеспечивают следующие телескопы и обсерватории:
- Большой телескоп азимутальный — специальная астрофизическая обсерватория РАН, диаметр главного зеркала – 6 м;
- Кавказская горная обсерватория — государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова, диаметр главного зеркала – 2,5 м;
- Российско-турецкий телескоп РТТ-150 — совместное ведение Казанского федерального университета, ИКИ РАН и Турецкой национальной обсерватории ТUG, диаметр главного зеркала – 1,5 м;
- Телескопы АЗТ-33ИК и АЗТ-33ВМ — саянская обсерватория, Институт солнечно-земной физики СО РАН, диаметр главных зеркал – 1,6 м.
С немецкой стороны:
- Широкоугольные телескопы в обсерватории Апачи-Пойнт и в обсерватории Лас-Кампанас, работающие по программе Слоановского цифрового обзора всего неба, диаметр – 2,5 м;
- Телескоп имени Виктора Бланко с камерой DECam — межамериканская обсерватория Серро-Тололо, Чили, диаметр – 4 м;
- Астрономический обзорный телескоп видимого и инфракрасного спектра — собственность Европейской южной обсерватории, расположен в Паранальской обсерватории, Чили, диаметр – 4,1 м;
- Телескоп в обсерватории Ла-Силья, с детектором GROND, проводящим съемку одновременно в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне, диаметр – 2,2 м.
Головные организации:
- с российской стороны по научной полезной нагрузке: ИКИ РАН;
- с российской стороны по наземному и космическому комплексу «Спектр-РГ» (за исключением научной полезной нагрузки): АО «НПО Лавочкина»
- с германской стороны по телескопу eROSITA: MPE
Научный руководитель миссии (Россия): академик Рашид Алиевич Сюняев
Научный руководитель по телескопу eROSITA (Германия): доктор Петер Предель