Версия для печати
Вернуться к списку

«Миллиметрон» заглянет в кротовую нору

Такое название получила разрабатываемая в России новая космическая обсерватория.

Сама по себе идея космического телескопа была впервые отчётливо сформулирована в 1946 году американским астрофизиком Лайманом Спитцером. Достоинства внеземной обсерватории очевидны: наблюдениям в такой телескоп не мешало бы поглощение и рассеяние электромагнитного излучения в атмосфере Земли. Прошло четыре с лишним десятилетия, и идея Спитцера была реализована: 20 апреля 1990 года первый космический телескоп – знаменитый «Хаббл» (совместный проект Европейского космического агентства и НАСА) – доставили на околоземную орбиту. С помощью «Хаббла», давно превысившего запланированный ресурс своей работы, космические объекты изучаются в видимом, инфракрасном (ИК) и ультрафиолетовом диапазонах электромагнитного спектра. Наиболее же сильно земная атмосфера поглощает излучение в инфракрасном диапазоне, и именно в этом участке электромагнитного спектра изучают Вселенную выведенные на орбиту уже в послехаббловскую эпоху космические телескопы «Спитцер» (НАСА, 2003 год) и «Гершель» (Европейское космическое агентство, 2009 год). Наблюдения инфракрасных источников входит также в научную программу телескопа «Планк» (Европейское космическое агентство, 2009 год). С помощью этих космических миссий удаётся получить принципиально новую информацию о планетах, астероидах, кометах (пик излучения которых приходится на ИК-диапазон). Существенно также, что из-за космологического расширения пространства и эффекта красного смещения наиболее удалённые от нас (а следовательно, и самые древние) объекты расширяющейся Вселенной можно увидеть в ходе наблюдений исключительно в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра.

Разрешающая способность телескопа определяется диаметром его зеркала, собирающего в фокус свет от изучаемого объекта. Чем больше размер зеркала, тем меньшего размера объекты мы можем различить в телескоп. По этому показателю «Гершель» с его зеркалом 3,5-метрового диаметра был до недавнего времени самым большим из действующих орбитальных телескопов. Ситуация изменилась 18 июля 2011 года, когда на околоземную орбиту был успешно выведен радиотелескоп «Радиоастрон» – первый космический телескоп, разработанный и построенный в России. Лепестки 10-метрового зеркала радиотелескопа, позволяющего изучать объекты в космосе в радиодиапазоне с беспрецедентным угловым разрешением в несколько микросекунд, успешно раскрылись, и станция начала работу в тестовом режиме.

Создававший программу научных исследований на «Радиоастроне» Астрокосмический центр ФИАН разрабатывает в настоящее время аналогичную программу для новой российской космической обсерватории – телескопа «Миллиметрон», который будет исследовать космос в инфракрасном, субмиллиметровом и миллиметровом диапазонах; его запуск запланирован на 2017–2018 год.

Рабочий диапазон «Миллиметрона» дополнит рабочий диапазон «Радиоастрона», частично его перекрывая, и в значительной степени совпадёт с рабочим диапазоном «Гершеля». При этом температура зеркала «Миллиметрона» должна быть достаточно низкой – порядка 4–5 К – чтобы его собственное ИК-излучение не заглушало принимаемый телескопом сигнал. Диаметр зеркала, как предполагается, составит 10–12 метров – что даст возможность в том числе более подробно исследовать те объекты и процессы, изучение которых было начато «Гершелем». Одним из важнейших в этом ряду станет процесс звёздообразования. Заметим, что у намеченного НАСА к запуску в 2018 году космического телескопа имени Джеймса Уэбба диаметр зеркала составит .

О проекте «Миллиметрон» мы попросили рассказать исполняющего обязанности его технического руководителя Вячеслава Вдовина.

Справка STRF.ru:

Вдовин Вячеслав Фёдорович, ведущий научный сотрудник Института прикладной физики РАН и ФИАН, главный научный сотрудник Лаборатории криогенной наноэлектроники НГТУ им. Р. Е. Алексеева, и.о. технического руководителя проекта «Миллиметрон». Председатель Совета профсоюза работников РАН, доктор физико-математических наук

– В проекте «Миллиметрон» активно работают несколько групп. Астрофизики формулируют и уточняют перечень научных задач, на решение которых будет ориентирована космическая миссия. Одна из команд инженерного пула объединяет разработчиков приборов, которые предполагается разместить на борту станции. А на нашем последнем воркшопе, проходившем в Палермо, весьма активны были представители ещё одного пула, конструкторского, объединяющего такие организации, как КБ Лавочкина, «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва из Красноярска и другие. Этот пул отвечает за разработку и изготовление собственно обсерватории и доставку её в космос.

При всём при этом запланированный для миссии «Миллиметрон» список научных задач представляется на данный момент чрезмерно объёмным. Нам, вне всякого сомнения, придётся производить своеобразный секвестр этого списка – поскольку доставить в космос мы можем ограниченное количество приборов. Пока же эксперты во главе с академиком Н. С. Кардашевым и его заместителем, членом-корреспондентом РАН И. Д. Новиковым, рассматривают все разумные и даже довольно фантастические предложения.

Вокруг проекта сосредоточилась весьма обширная международная коллаборация. Список участников уже сформирован?

– Нет. За последние три года мы провели три воркшопа и всегда приглашали (и приглашаем) в проект новых партнёров. Пока нам, однако, ещё не хватает нормативной базы, в первую очередь межправительственных и межагентских соглашений, но переговоры ведутся, и документы готовятся и подписываются… Желание участвовать в столь масштабном проекте легко объяснить. Мы заинтересованы в использовании линейки научных приборов, имеющихся у наших европейских партнёров. Кроме того, ни одна страна не в силах организовать такую миссию самостоятельно, и в первую очередь из-за её стоимости и уникальности набора потребных технологий. Которая, по моим оценкам, должна раза в полтора уступать стоимости телескопа имени Джеймса Вебба и несколько превысить стоимость обсерватории «Гершель»… В итоге речь может идти о сумме в районе 2 миллиардов долларов. Разумеется, в имеющихся сейчас калькуляциях фигурируют совсем другие цифры, но опыт подсказывает, что по мере приближения старта затраты вырастают на порядок.

Напомню, «Миллиметрон» будет работать в двух режимах: в режиме одиночного радиотелескопа и в режиме интерферометра, когда одновременно с ним будут работать наземные радиотелескопы. В последнем случае мы просто обязаны формировать международную коллаборацию – с учётом того, что в режиме интерферометра необходимо задействовать радиотелескопы, расположенные как в южном, так и в северном полушариях. Поэтому для формирования базы интерферометра предполагается использовать и российские радиотелескопы, и радиотелескопы ALMA (Atacama Large Millimeter Array), Suffa radiotelescope, Plateau de Bure interferometer, HHT telescope в Аризоне и другие.

Ракетно-космическое обеспечение проекта – сугубо российское. Это НПО им. Лавочкина и ИСС из Красноярска. А кто станет поставщиком научного оборудования для обсерватории?

– Составляя предполагаемый перечень приборов для размещения на борту станции, мы можем включать в него только наиболее подготовленные прототипы, которые либо уже летают, либо находятся на стадии подготовки к старту. На сегодняшний день из приборов российского происхождения достаточный уровень проработки имеют два–три устройства. И если в итоге на «Миллиметроне» будут размещены три (возможно, впрочем, что и четыре) приёмника, изготовленных в России, это можно будет считать большой удачей.

А сколько всего научных приборов будет размещено на станции?

– Окончательное число приёмников, как я уже говорил, неизвестно. Условно можно назвать 15–20. При этом наиболее вероятных российских поставщиков научного оборудования я могу назвать уже сейчас. Начнём с того, что самая низкочастотная часть рабочего диапазона электромагнитных волн космической миссии «Миллиметрон» совпадает с самой высокочастотной частью рабочего диапазона обсерватории «Радиоастрон». Вполне естественно, что разработчики приёмных устройств для «Радиоастрона» смогут сделать самый длинноволновый приёмник для «Миллиметрона». Возможно, поставщиком такого приёмника станет в итоге СКБ ИРЭ РАН из Фрязино. Существует, впрочем, вероятность того, что делать его вообще будут не в России, а на Украине, и здесь координация усилий между космическими агентствами находится уже на вполне серьёзном уровне. При этом, возможно, Украина сделает свой прибор «за свой счёт».

Замечу также, что в Нижнем Новгороде есть Научно-исследовательский институт радиотехники (НИИРТ), в состав которого недавно был включён также завод «Электромаш». Несмотря на крайне сложную финансовую ситуацию, «Электромаш» поставил один из приёмников для обсерватории «Радиоастрон», и поэтому мы рассматриваем его как потенциального поставщика приборов и для «Миллиметрона». Нельзя не упомянуть и о болометрах для космической миссии «Планк», созданных в МПГУ под руководством Григория Наумовича Гольцмана. Болометры – детекторы для измерения мощности излучения. Изменения электрического тока в болометре чрезвычайно чувствительны к изменению мощности излучения, падающего на детектор. Группа Гольцмана изготавливает поистине уникальные приборы, и эти же болометры вполне могут оказаться и на борту «Миллиметрона», тем более что сам учёный в настоящее время работает по совместительству заместителем технического руководителя (то есть моим заместителем) проекта «Миллиметрон» в части приёмного комплекса. Лично же для меня весьма привлекательным будет такое развитие событий, при котором в проекте будут использованы разрабатываемые нами в НГТУ им. Р. Е. Алексеева совместно с профессором Чалмерского (а теперь и Нижегородского) технического университета Леонидом Кузьминым болометры на холодных электронах. Эта работа ведётся в рамках мегагранта российского правительства, выигранного под разработки для «Миллиметрона» и другой астрономической миссии на баллоне «Бумеранг-3». Ещё одна линейка уникальных приборов – так называемые SIS приёмники – изготавливается в ИРЭ РАН под руководством Валерия Павловича Кошельца. Эти приёмники вполне пригодны для использования в приёмной аппаратуре в диапазоне частот до 1 ТГц, и я очень рассчитываю, что Кошельцу удастся наладить кооперацию с соответствующим производством. А без такой кооперации не обойтись, поскольку в ИРЭ РАН (так же, как и в ИПФ РАН, в котором я работаю) не могут сами производить приборы, сертифицированные для космоса.

В отношении запускаемого в космос научного оборудования существует самостоятельная система сертификации?

– В международной практике приборы и оборудование для космоса именуются Space Qualified Systems. В России также существует определённый набор требований, утверждённый Роскосмосом, и мы обязаны действовать в соответствии с имеющейся нормативной базой. Поставщики приборов для «Миллиметрона» должны иметь специальную лицензию на создание аппаратуры космического назначения.

Насколько я понял, на «Миллиметроне» будут использованы приборы, разработанные для других космических миссий. Упоминается, например, космический телескоп «Гершель».

– Это вполне естественно. Мы будем использовать всё лучшее, что улучшать уже бессмысленно. А вот с помощью разрабатываемых нами болометрических приёмников вкупе с уникальным холодным зеркалом мы рассчитываем достичь такой чувствительности, какой до сих пор добиться не удавалось никому.

Цели и задачи «Миллиметрона» нередко рассматривают как своеобразное продолжение и развитие программы исследований другого космического телескопа – обсерватории «Гершель». Как Вы могли бы это прокомментировать?

– Главная особенность «Миллиметрона» по сравнению с «Гершелем» – существенно больший размер антенны. На стадии эксперимента у нас возникли технические трудности, связанные, в частности, с достижением необходимого качества поверхности зеркала. Кроме того, моделирование позволило продемонстрировать, что в проекте принципиально реализуемо зеркало диаметром. Но на данный момент нет обтекателя, под который мы могли бы сложить 12-метровое зеркало, и рассчитывать, что такой обтекатель удастся сделать к 2017 году, было бы весьма опрометчиво. Поэтому сейчас мы находимся на стадии самоограничения, «обрезая» зеркало до диаметра. Но и в этом случае оно всё равно больше, чем размещённое на «Гершеле». Благодаря этому эффективность обсерватории будет существенно выше.

В 2008 году журнал Experimental Astronomy опубликовал программную статью с изложением целей и задач космической обсерватории «Миллиметрон». Вы – единственный российский соавтор этой статьи «немосковского происхождения». В проекте Вы представляете, прежде всего, самого себя или ИПФ РАН?

– Головная организация по проекту «Миллиметрон» – Астрокосмический центр ФИАН, и меня пригласили туда на работу как сотрудника ИПФ РАН с большим опытом разработки приёмных систем разных диапазонов электромагнитного спектра. В проекте же я исполняю обязанности технического руководителя. Приёмные системы для космоса до сих пор разрабатывать мне не приходилось, и попробовать свои силы в новой области интересно.

Среди научных вопросов, изучение которых предполагается проводить с помощью обсерватории, встречаются весьма экзотические. Например, проверка концепции multiverse (многоэлементная модель Вселенной) или поиски в космосе кротовых нор. «Миллиметрон» действительно будет этими вопросами заниматься, это не элемент PR-кампании?

– Один из авторов концепции multiverse – заместитель научного руководителя проекта «Миллиметрон», заместитель руководителя Астрокосмического центра ФИАН, член-корреспондент РАН Игорь Дмитриевич Новиков. Он убеждён, что пространственное разрешение интерферометра Земля – «Миллиметрон» позволит нам заглянуть в кротовую нору (если, конечно, она существует), а через неё заглянуть в небо чужой Вселенной. Можно, конечно, рассматривать такую задачу и как PR-ход, но выглядит она красиво. Подобные задачки очень привлекательны для инженеров-разработчиков. Очень хочется заглянуть в небо чужой Вселенной!