13 июля 2019 года с космодрома Байконур состоялся знаковый для отечественной космонавтики запуск. Бороздить бескрайние просторы космоса отправилась уникальная орбитальная обсерватория «Спектр-РГ», её полет продолжается уже практически пять суток. В космос уникальный телескоп вывела российская тяжелая ракета-носитель «Протон-М» с разгонным блоком ДМ-03. Спустя два часа после запуска состоялось успешное отделение орбитальной обсерватории «Спектор-РГ» от разгонного блока. Ожидается, что новый рентгеновский телескоп займет окрестности точки Лагранжа L2 приблизительно через 100 суток полета, после чего сможет приступить к наблюдениям за Вселенной.




Стоит отметить, что «Спектр-РГ» является уже вторым научным аппаратом серии «Спектр». Первый российский космический аппарат «Спектр-Р» (Радиоастрон) был успешно выведен на орбиту 18 июля 2011 года, его жизненный цикл завершился в январе 2019 года. Третий и четвертый космические аппараты серии «Спектр» находятся в настоящее время в стадии разработки. Это новые космические телескопы «Спектр-УФ» (Ультрафиолет) и «Спектр-М» (Миллиметрон), работа над которыми ведется Роскосмосом в тесном сотрудничестве с другими государствами. Запуск двух этих телескопов состоится не ранее 2025 года, при этом международное научное сообщество связывает с ними большие надежды, так как оба проекта являются уникальными, открывающими новые возможности по изучения космоса. Ожидается, что аппараты помогут ответить на многие вопросы астрофизики и космологии.

Проект «Спектр-РГ»

От задумки до реализации проекта прошло больше 30 лет. Концепция нового космического аппарата научного назначения была разработана еще в 1987 году. Над созданием астрофизической обсерватории совместно работали представители Советского Союза, ГДР, Финляндии, Италии и Великобритании. Проектированием аппарата занялись в 1988 году. Этот процесс был поручен инженерам НПО имени С. А. Лавочкина, координацией работ по проекту занимался Институт космических исследований Академии наук СССР.

Последовавший развал СССР, проблемы в промышленности и экономике конца 1980-х начала 1990-х годов и хроническое недофинансирование работ серьезно отсрочили подготовку обсерватории «Спектр-РГ». Проект затягивался, когда появлялось финансирование, появлялись новые сложности. За это время начинка и состав оборудования аппарата полностью обновились несколько раз, технологии, как известно, не стоят на месте. Менялся и состав участников проекта, в конечном итоге кроме России в проекте осталась Германия. Соглашение между Федеральным космическим агентством в лице Роскосмоса и Германским аэрокосмическим центром (DLR) было подписано в 2009 году в рамках международного авиационно-космического салона МАКС-2009. Менялся и состав решаемых аппаратом научных задач, так как часть из них уже не интересовала исследователей. В результате конечный облик космического аппарата в том виде, в котором он был выведен в космос, сформировался только несколько лет назад, процесс его согласования тоже занял какое-то время. При этом с трудностями в процессе производства аппарата сталкивались и наши немецкие партнеры.




В реализованном виде новая орбитальная астрофизическая обсерватория «Спектр-РГ» («Спектр-Ренгтен-Гамма») предназначена для составления полной карты Вселенной в рентгеновском диапазоне спектра. Стоит отметить, что это первый в отечественной истории телескоп (с учетом советского периода), оснащенный оптикой косого падения. Как минимум на ближайшие пять лет обсерватория «Спектр-РГ» станет единственным проектом рентгеновской астрономии в мире. Как отмечают в Роскосмосе, обзор всего неба современной орбитальной обсерваторией «Спектр-РГ» станет новым шагом в рентгеновской астрономии, которая начала активно развиваться еще 55 лет назад.

Роли в проекте «Спектр-РГ» делятся следующим образом. Спутник (платформа Навигатор) – российская разработка, запуск с Байконура – российский (ракета Протон-М), основной телескоп – немецкий eROSITA, дополнительный, сопутствующий – российский ART-XC. Оба зеркальных телескопа, работающих по принципу рентгеновской оптики косого падения, являются уникальными разработками, которые призваны дополнять друг друга, обеспечив обсерватории возможность полного обзора звездного неба с рекордной, никогда ранее не применяемой чувствительностью.

Орбитальная обсерватория «Спектр-РГ»

Уникальный рентгеновский телескоп, выведенный в космос 13 июля, состоит из нескольких основных блоков. В состав орбитальной обсерватории «Спектр-РГ» входит базовый модуль служебных систем, за разработку которого отвечали инженеры российского НПО им. Лавочкина. Данный модуль был разработан ими на базе многоцелевого служебного модуля «Навигатор», который ранее уже успешно показал себя в ряде космических программ. Помимо базового модуля в состав орбитальной обсерватории входит комплекс аппаратуры научного назначения, основу комплекса составляют два рентгеновских телескопа. По информации официального сайта компании Роскосмос, общая масса заправленного космического аппарата «Спектр-РГ» составляет 2712,5 кг, масса полезной нагрузки – 1210 кг, электрическая мощность обсерватории – 1805 Вт, скорость передачи данных (научной информации) – 512 Кбит/с, срок активной научной работы – 6,5 лет.



Главным оборудованием орбитальной обсерватории, которая сейчас держит путь к точке L2 Лагранжа, являются уникальные рентгеновские зеркальные телескопы созданные конструкторами Германии и России. Оба телескопа работают по принципу рентгеновской оптики косого падения. Как отмечают в Роскосмосе, рентгеновские фотоны обладают очень большой энергией. Для того чтобы отразиться от зеркальной поверхности, фотоны должны попасть на нее под очень небольшим углом. По этой причине рентгеновские зеркала, используемые в телескопах орбитальной обсерватории «Спектр-РГ», специально изготавливаются вытянутыми, а чтобы повысить количество зарегистрированных фотонов, зеркала вкладывают друг в друга, получая систему, состоящую из нескольких оболочек. Сообщается, что и немецкий, и российский рентгеновские телескопы состоят из семи модулей с рентгеновскими детекторами.

За создание и производство российского рентгеновского телескопа, который получил обозначение ART-XC, отвечали инженеры Института космических исследований РАН, работавшие в тесном сотрудничестве с Российским Федеральным ядерным центром, расположенным в Сарове. Созданный российскими учеными рентгеновский телескоп ART-XC расширяет возможности и рабочий диапазон энергий телескопа eROSITA германской сборки в сторону более высоких энергий (до 30 кэВ). Диапазоны энергий двух рентгеновских телескопов, установленных на борту космического аппарата «Спектр-РГ», перекрываются, что обеспечивает научному оборудованию преимущество с точки зрения повышения надежности результатов исследований и проведения калибровок оборудования на орбите.





За создание и производство немецкого рентгеновского телескопа, названного eROSITA, отвечали инженеры института внеземной физики Общества имени Макса Планка. Как отмечают на официальном сайте Роскосмоса, созданный в Германии научный прибор позволит впервые в истории провести обзор всего звездного неба в диапазоне энергий от 0,5 до 10 кэВ. При этом специалисты отмечают, что произведенный в Германии телескоп более «глазастый», его полное поле зрения и угловое разрешение выше, чем у российского телескопа ART-XC. Одновременно с этим eROSITA уступает российскому телескопу по энергетическому диапазону. Именно поэтому два рентгеновских телескопа на борту космического аппарата «Спектр-РГ» дополняют друг друга и отвечают за решение различных задач.

Программа полета и научное значение

Программа научных исследований предполагает, что новый космический аппарат «Спектр-РГ» будет использоваться для проведения различных астрофизических наблюдений на протяжении 6,5 лет и поможет ученым ответить на многие вопросы из области астрофизики и космологии. Четыре года обсерватория проработает в режиме сканирования звездного неба, оставшиеся 2,5 года – в режиме точечного наблюдения различных космических объектов в режиме трехосной стабилизации на основе поступающих заявок от мирового научного сообщества. Предполагается наблюдение как за отдельными заинтересовавшими ученых космическими объектами, так и за выбранными участками небесной сферы. В том числе в жестком энергетическом рентгеновском диапазоне до 30 кэВ, благодаря российскому рентгеновскому телескопу. Еще примерно 100 дней (около трех месяцев) займет полет космического телескопа от Земли до точки Лагранжа L2 и проведение первых пробных наблюдений за небесными телами.

Космический аппарат не случайно выводится на орбиту в точку L2 на удалении от Земли примерно в 1,5 миллиона километров. Эта точка считается наиболее подходящей для проведения обзоров за всем небом. Как отмечают специалисты, вращаясь вокруг своей оси (примерно соответствует направлению на Солнце) космическая обсерватория сможет осуществить полный обзор небесной сферы за шесть месяцев, при этом Солнце не будет оказываться в поле её зрения. За четыре года работы научный аппарат сможет выполнить сразу 8 обзоров всего неба, что позволит ученым получить массу новой астрофизической информации. Одновременно с этим за счет корректирующих маневров придется решать и достаточно сложную задачу, которая заключается в поддержании космического аппарата на орбите в заданной точке.



Известно, что все данные с российского телескопа ART-XC будут полностью принадлежать России, а данные с телескопа eROSITA делятся пополам между Россией и Германией. Как бы это смешно не звучало, было принято решение разделить небо на две части. Все данные по одной половине неба за 4 года исследований, когда телескоп будет заниматься сканированием Вселенной, будут принадлежать России, а по другой половине неба – Германии. В дальнейшем уже сами страны будут решать между собой, как им распоряжаться полученными данными, как делиться информацией с другими странами и в каком объеме.

Основная миссия аппарата «Спектр-РГ» заключается в составлении подробной «карты» Вселенной в рентгеновском спектре с ядрами активных галактик и крупными скоплениями галактик. Ученые надеются, что за 6,5 лет активной научной работы обсерватории она поможет человечеству открыть сотни тысяч звезд с активными коронами, десятки тысяч звездообразующих галактик и примерно три миллиона сверхмассивных черных дыр, а также огромное количество других объектов, существенно расширив наши знания о Вселенной, поможет лучше разобраться в процессах её эволюции. Также предполагается, что новый космический аппарат поможет в проведении исследований свойств горячей межзвездной плазмы. Работа обсерватории представляет огромный интерес для всей международной науки. По сути, новый космический аппарат позволяет получить данные обо всех известных науке астрономических объектах.



Широкомасштабная карта нашей Вселенной, которой еще не имели ученые, – это сродни путешествию во времени, которое поможет ответить на большое количество вопросов. Одним из самых главных, на который человечеству поможет ответить телескоп «Спектр-РГ», является вопрос о том, как проходила эволюция скоплений галактик за все время существования нашей Вселенной.