Spektr-R | |
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Radioastron | |
"Spektr-R" en el edificio de montaje y pruebas del Cosmódromo de Baikonur | |
Cliente | Centro Astroespacial FIAN |
Fabricante | NPO lleva el nombre de Lavochkin |
Operador | NPO lleva el nombre de Lavochkin |
Tareas | estudio de objetos astronómicos con una resolución de hasta 7 µs de arco |
Satélite | Tierra |
plataforma de lanzamiento | Baikonur , sitio 45/1 |
vehículo de lanzamiento | " Zenith-3SLBF " |
lanzar | 18 de julio de 2011 a las 02:31 UTC |
Entrando en órbita | 18 de julio de 2011 a las 06:06 UTC |
Duracion del vuelo |
plan: 5 años total: 7 años 10 meses y 11 días |
Desorbitar | 5 de febrero de 2019 (pérdida de señal) |
ID COSPAR | 2011-037A |
SCN | 37755 |
Especificaciones | |
Plataforma | "Navegador" |
Peso | 3295kg |
Diámetro | 10 metros |
Energía | 2400W |
Fuentes de alimentación | paneles solares |
Orientación | triaxial |
agente de mudanzas | CUDM [1] |
Duración de la vida activa | 5 años (vida balística 10 años) [2] |
Elementos orbitales | |
tipo de órbita | Órbita geocéntrica elíptica alta |
eje mayor | 189.000 kilometros |
Excentricidad | 0.9059 |
Estado animico | 51,3° (inicial) |
Período de circulación | 8 días 7 horas |
apocentro | 338.541,5 kilometros |
pericentro | 10.651,6 kilometros |
sitio de radioastron | |
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"Radioastron" ( Ing. RadioAstron ) es un proyecto espacial internacional [3] con la participación líder de Rusia para realizar investigaciones astrofísicas fundamentales en el rango de radio del espectro electromagnético utilizando un radiotelescopio espacial (SRT) montado en la nave espacial rusa (SC) Spektr -R, como parte de las redes terrestres VLBI . El coordinador del proyecto es el Centro Astroespacial de FIAN [4] . El proyecto permite obtener la resolución angular más alta de la historia de la astronomía [5] - 7 microsegundos de arco en una línea de base de 340.000 km [6] .
El primero de los cuatro dispositivos de la serie Spectrum (el segundo es Spectrum-RG , el tercero es Spectrum-UV y el cuarto es Spectrum-M ).
El principal objetivo científico de la misión es estudiar objetos astronómicos de varios tipos con una resolución sin precedentes de hasta millonésimas de segundo de arco . La resolución lograda con la ayuda del proyecto Radioastron permitirá estudiar:
Además del equipo para la misión principal, a bordo del satélite se encuentran instrumentos para el experimento Plasma-F [7] . El dispositivo pesa alrededor de 20 kg y puede medir el flujo de viento solar con una resolución de tiempo de 30 milisegundos (esto es comparable a satélites como "ACE" (Explorador de Composición Avanzada) y " Wind "). Las medidas de velocidad, temperatura y concentración del viento solar tienen una resolución temporal de 1,5 segundos [8] .
Las tareas del experimento científico Plasma-F son monitorear el medio interplanetario para hacer pronósticos del " clima espacial ", estudiar el viento solar y la turbulencia del campo magnético en el rango de 0,1 a 30 Hz , y estudiar los procesos de aceleración de partículas cósmicas . . El satélite está fuera de la magnetosfera terrestre durante varios días , lo que permite observar el medio interplanetario, y luego atraviesa muy rápidamente todas las capas de la magnetosfera, gracias a lo cual es posible monitorear su cambio.
La base del proyecto es un interferómetro de radio espacio terrestre con una base extra larga , que consta de una red de radiotelescopios terrestres y un radiotelescopio espacial (SRT) [3] [4] instalado en la nave espacial rusa Spektr-R. . El creador del aparato "Spektr-R" - NPO llamado así por Lavochkin [9] , diseñador jefe - Vladimir Bobyshkin [8] .
La esencia del experimento es la observación simultánea de una fuente de radio por radiotelescopios espaciales y terrestres. Los registros recibidos en los radiotelescopios se suministran con sellos de tiempo de relojes atómicos de alta precisión , lo que, junto con el conocimiento exacto de la posición de los telescopios, permite sincronizar registros y obtener interferencias de señales registradas en diferentes telescopios. Debido a esto, los telescopios que operan de forma independiente constituyen un solo interferómetro, cuya resolución angular está determinada por la distancia entre los telescopios, y no por el tamaño de las antenas ( método VLBI ). El SRT circula en una órbita elíptica con una altura de apogeo de unos 340 mil km [10] , comparable a la distancia a la Luna , y utiliza la gravedad lunar para rotar el plano de su órbita. La alta resolución en la observación de fuentes de radio está garantizada por el gran brazo del interferómetro, que es igual a la altitud del apogeo de la órbita .
Los principales parámetros del interferómetro espacio-tierra del proyecto Radioastron [11] :
Rango (λ, cm) | 92 | Dieciocho | 6.2 | 1.2—1.7 |
Rango (ν, GHz) | 0.327 | 1.665 | 4.83 | 25-18 |
Ancho de banda (Δν, MHz) | cuatro | 32 | 32 | 32 |
Anchura del lóbulo de interferencia ( μs de arco ) en una línea base de 350 000 km | 540 | 106 | 37 | 7.1-10 |
Sensibilidad de flujo (σ, m Jy ), antena EVLA en la Tierra , acumulación 300 s | diez | 1.3 | 1.4 | 3.2 |
El ancho del lóbulo de interferencia determina la resolución angular del interferómetro de radio, es decir, por ejemplo, a una longitud de onda de 92 cm , Radioastron podrá distinguir dos fuentes de emisión de radio ubicadas a una distancia angular de aproximadamente 540 μs o más . entre sí, ya una longitud de onda de 6,2 cm , incluso más cerca ( 37 µs y más) [12] .
El funcionamiento del interferómetro requiere el conocimiento de la posición de la nave espacial con gran precisión. De acuerdo con los términos de referencia, la precisión requerida es: varios cientos de metros de distancia, velocidad: no menos de 2 cm / s , aceleración: 10 −7 m / s² . Para garantizar que se utilicen estos requisitos [5] :
Un radiotelescopio espacial con una antena parabólica receptora con un diámetro de 10 metros fue lanzado a una órbita de alto apogeo de un satélite terrestre con una altura de hasta 350 mil km como parte de la nave espacial Spektr-R [13] . Es el radiotelescopio espacial más grande del mundo, que se señaló en el Libro Guinness de los Récords [14] .
En el proyecto Radioastron, el uso de un radiotelescopio en una órbita muy elíptica permite obtener un interferómetro con una base mucho mayor que el diámetro de la Tierra. Un interferómetro con tal base permite obtener información sobre la estructura de fuentes de radio galácticas y extragalácticas en escalas angulares del orden de 30 microsegundos e incluso hasta 8 microsegundos de arco para la longitud de onda más corta del proyecto ( 1,35 cm ) cuando observando en la longitud máxima de la base.
EquipamientoLa masa total de la carga útil científica es de aproximadamente 2600 kg . Incluye una masa de una antena parabólica desplegable con un diámetro de 10 m ( 1500 kg ) y una masa de un complejo electrónico que contiene receptores, amplificadores de bajo ruido , sintetizadores de frecuencia , unidades de control, convertidores de señal, estándares de frecuencia, un altamente sistema informativo de transmisión de datos científicos (alrededor de 900 kg ). La masa de todo el satélite , puesto en órbita utilizando el vehículo de lanzamiento Zenit-2SB con la etapa superior Fregat-2SB, es de unos 3850 kg [9]
La potencia total del sistema es de 2600 W , de los cuales 1150 W se utilizan para instrumentos científicos. Mientras está a la sombra , el paquete de baterías del dispositivo le permite trabajar durante unas dos horas sin la energía de los paneles solares [8] .
AntenaLa antena del radiotelescopio espacial consta de 27 lóbulos . Cuando se lanzó a la órbita objetivo, la antena estaba plegada (similar a un paraguas). Después de alcanzar la órbita objetivo, se realizó la apertura mecánica de la antena del radiotelescopio [8] . La antena está hecha de fibra de carbono [15] .
El prototipo, una antena de 5 metros, se probó en tierra y confirmó la corrección del diseño elegido. Luego se fabricó una antena de 10 metros, primero probada en tierra en el sitio de prueba [16] para probar y calibrar el KRT-10 en el Observatorio de Radioastronomía de Pushchino .
Hasta la falla del último conjunto del receptor de enlace de radio de comando en enero de 2019, los complejos de antenas rusas más grandes P-2500 (diámetro 70 m ) en el Centro Oriental para Comunicaciones con el Espacio Profundo y TNA-1500 (diámetro 64 m ) en el Centro para Space Communications cerca de Moscú se utilizaron para sesiones de comunicación bidireccional "Bear Lakes" . En distancias cortas al SRT (hasta 100 mil km ), se utilizó la antena NS-3.7, ubicada en el MCC-L en la NPO. S. A. Lavochkina.
La comunicación con el aparato "Spektr-R" fue posible en dos modos. El primer modo es la comunicación bidireccional, incluida la transmisión de comandos a la placa y la recepción de información de telemetría desde ella.
El segundo modo de comunicación es el reinicio de datos interferométricos de radio a través de una antena altamente direccional de un complejo de radio altamente informativo (VIRK). Los datos debían transmitirse en tiempo real [5] porque el telescopio no incluía un dispositivo de almacenamiento de alta capacidad. En 2015, se utilizó una estación de seguimiento creada sobre la base del radiotelescopio RT-22 de 22 metros en Pushchino , cerca de Moscú, para recibir datos interferométricos de radio . El flujo de información recogido por el telescopio fue de 144 megabits por segundo. Para permitir las observaciones interferométricas en un momento en que la nave espacial no es visible para la estación de seguimiento Pushchino, Roskosmos financió la creación de estaciones de seguimiento adicionales fuera de Rusia: en EE. UU. y Sudáfrica [17] [18] . A partir de agosto de 2013, se puso en funcionamiento la estación de Green Bank (EE. UU., West Virginia) [5] .
El proyecto se inició en 1979-1980, con la aprobación de Leonid Ilyich Brezhnev , sobrevivió a un período de estancamiento y una recesión económica en la década de 1990 .
En la segunda mitad de la década de 2000, el proyecto fue revisado significativamente durante unos 5 años [5] .
El SRT fue lanzado el 18 de julio de 2011 a las 6:31 hora de Moscú desde el sitio 45 del Cosmódromo de Baikonur por el vehículo de lanzamiento Zenit-2SLB80 con la etapa superior Fregat-SB [19] .
El 18 de julio de 2011 a las 10:06 hora de Moscú, la nave espacial Spektr-R alcanzó la órbita altamente elíptica objetivo con los siguientes parámetros [9] :
En la mañana del 22 de julio se dio un comando para abrir la antena, después de unos 10 minutos se recibió una señal de que el motor encargado de abrir había dejado de moverse. Sin embargo, no hubo ninguna señal que confirmara la revelación. En la noche del 22 al 23 de julio, se decidió desplegar el satélite de tal manera que el sol calentara uniformemente la estructura de transmisión de la antena. Por la mañana, se emitió un segundo comando para abrir el telescopio y luego para arreglar los pétalos. Después de eso, se recibieron señales que confirmaban la fijación exitosa de cada uno de los 27 lóbulos de la antena [5] .
Bajo la influencia de la gravedad lunar, el plano de la órbita rota continuamente, lo que permite que el observatorio explore el espacio en todas las direcciones [5] . Durante el tiempo de funcionamiento previsto ( 5 años ), la atracción de la Luna elevará el apogeo del radiotelescopio a una altura de 390.000 km [20] .
Cuando se mueve en órbita, la nave espacial pasa a través de los cinturones de radiación de la Tierra , lo que aumenta la carga de radiación en sus instrumentos. La vida útil de la nave espacial es de unos 5 años [21] . Según los cálculos balísticos, el SRT volará durante 9 años , después de lo cual entrará en las densas capas de la atmósfera y se quemará [22] .
En marzo de 2012 se corrigió la órbita, lo que aseguró un régimen gravitacionalmente estable durante los próximos 10 años [5] .
En el momento de su entrada en órbita, el radiotelescopio espacial instalado a bordo de la nave espacial rusa Spektr-R es el radiotelescopio más distante de la Tierra [20] .
Después de abrir el espejo de la antena receptora del SRT, se tardó unos tres meses antes del inicio de las observaciones en sincronizarse con los radiotelescopios terrestres [23] .
Al final de la prueba de todos los sistemas del dispositivo, comenzó la etapa de investigación científica. En la Tierra, los radiotelescopios de doscientos metros en Green Bank ( Virginia Occidental , EE . UU .) y en Effelsberg ( Alemania ), así como el famoso radioobservatorio de Arecibo ( Puerto Rico ) [20] se utilizan como radiotelescopios síncronos . Un interferómetro tierra-espacio con una base de este tipo proporciona información sobre las características morfológicas y las coordenadas de las fuentes de radio galácticas y extragalácticas con lóbulos de interferencia de hasta 8 microsegundos de ancho para la longitud de onda más corta del proyecto ( 1,35 cm ).
El 5 de agosto se encendió todo el complejo Plasma-F [24] y se obtuvieron las primeras mediciones [25] .
El 27 de septiembre, Spektr-R realizó por primera vez observaciones de prueba de un objeto espacial: el remanente de la supernova Cassiopeia A. Las observaciones se llevaron a cabo con éxito escaneando en dos direcciones ortogonales en los rangos de 92 y 18 cm en dos polarizaciones circulares.
Los días 29 y 30 de octubre de 2011, el radiotelescopio realizó observaciones del máser W3(OH) en la constelación de Casiopea [26] .
Los días 14 y 15 de noviembre de 2011 se realizaron con éxito observaciones simultáneas en el modo interferométrico en los Spektr -R SRT, tres radiotelescopios rusos que forman la red radiointerferométrica "Kvazar" (RT-32 " Svetloe ", RT-32 " Zelenchukskaya ", RT-32 " Badary ") y el radiotelescopio de Crimea RT-70 "Evpatoria". El objetivo de la observación fue el púlsar PSR B0531+21 en la Nebulosa del Cangrejo , los cuásares 0016+731 y 0212+735 (para estudiar el cuásar 0212+735, se utilizó adicionalmente el radiotelescopio alemán de 100 metros en Effelsberg [27] ) , así como fuentes de radiación máser W3(OH ) [28] .
Se realizan alrededor de 100 experimentos científicos al mes [5] .
El costo total del programa Radioastron es muy alto[ cuanto? ] , por lo que se formó un comité internacional para elaborar un programa científico; cualquier científico puede presentar una solicitud de tiempo de observación, el comité selecciona las solicitudes con el nivel científico más sólido, ofreciendo las ideas científicas más interesantes [5] .
En julio de 2016, se inició el cuarto año del programa de observación abierta, 11 proyectos fueron seleccionados para su implementación durante este período [29] :
Los líderes de las solicitudes aceptadas para la implementación son tres representantes de Rusia, dos de Holanda y uno de España, Japón, Sudáfrica y EE. UU. Los coautores de las solicitudes representan a 19 países del mundo en una cantidad de aproximadamente 155 personas. El mayor número de coautores de solicitudes proviene de Rusia, seguido de EE. UU., Alemania, España, Países Bajos, Australia, Italia y otros.
- Comunicado de prensa del Instituto de Física. Lébedev RASDesde el 10 de enero de 2019 se ha perdido la comunicación con el satélite; al mismo tiempo, el período de garantía del satélite expiró en 2014 (inicialmente, el trabajo de Spektr-R estaba planeado para completarse en 2016, pero se extendió hasta finales de 2019) [30] [31] . El 12 de enero se supo que el radiotelescopio de la nave espacial Spektr-R dejó de funcionar para recibir datos de comando, pero al mismo tiempo continúa enviando información a la Tierra [32] . El supervisor científico del proyecto, miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de Rusia, Yuri Kovalev, explicó que Spektr-R funciona solo con comandos de la Tierra: antes de cada sesión, se establece un programa de observación a bordo y se envía una señal para encender el antena receptora-transmisora; ahora dicho comando no llega a bordo del dispositivo, que se transfiere a la "posición de inicio", en este estado los paneles solares continúan suministrando energía, pero otras partes del satélite ya no están expuestas a la radiación solar y se enfrían [ 33] . Todavía hay esperanza para el restablecimiento de la comunicación, se están realizando sesiones de comunicación en un intento de mejorar la situación, pero si no es posible restablecer la comunicación con la nave espacial y comenzar a transmitir comandos de control, entonces la operación del satélite y el telescopio se interrumpirá. ser completado. Según señales indirectas, Spektr-R está en pleno funcionamiento, a excepción de los equipos de radio que reciben comandos de la Tierra; en su estado actual, podrá existir hasta septiembre de 2019, gracias al programa de orientación de emergencia, que opera en ausencia de comandos externos [34] . La última señal de Spektra-R se recibió el 5 de febrero [35] . El 15 de febrero de 2019, en una reunión de la comisión estatal de Roscosmos , se decidió transferir el dispositivo bajo el control del fabricante, NPO que lleva el nombre de Lavochkin , para seguir trabajando en el establecimiento de la comunicación con el satélite. El trabajo estaba programado para el período hasta el 15 de mayo, después de lo cual se tomó una decisión sobre el destino futuro del Spektr-R [36] .
El 30 de mayo de 2019 se llevó a cabo una reunión de la Comisión Estatal para revisar el curso de pruebas de vuelo del Spektr-R. La Comisión Estatal escuchó informes de representantes de la industria espacial y de cohetes y de la comunidad científica y decidió completar el proyecto Spektr-R [37] .
Durante el primer año de funcionamiento (desde el 18 de julio de 2012) en el interferómetro tierra-espacio del proyecto Radioastron, que consta de SRT y telescopios terrestres, se realizaron observaciones de 29 núcleos galácticos activos, 9 púlsares ( estrellas de neutrones ), 6 fuentes de líneas máser en las regiones de formación estelar y sistemas planetarios [38] .
El 9 de octubre de 2012, un grupo internacional de investigadores de núcleos de galaxias activas obtuvo la primera imagen de la galaxia activa rápidamente variable 0716+714 a una longitud de onda de 6,2 cm basándose en los resultados de las observaciones del interferómetro espacio-tierra del proyecto RadioAstron. con la red europea VLBI [39] .
Uno de los principales tipos de objetos estudiados son los cuásares . Con la ayuda del proyecto Radioastron, fue posible medir el ancho del comienzo de un chorro relativista. Resultó ser aproximadamente 1 St. año , esta información se usa activamente para desarrollar modelos para la formación de tales jets [5] .
Otro resultado fue la medición del brillo de los chorros de cuásares relativistas. Los radiotelescopios terrestres están limitados a un cierto valor de brillo y no permiten determinar si el brillo real es igual o mayor que él. Los datos de más de 60 cuásares han demostrado que estos chorros son mucho más brillantes que las representaciones anteriores. Esto requiere una reestructuración seria de los modelos existentes de dispositivos cuásares. Anteriormente, se creía que principalmente los electrones relativistas radiaban en chorros . Este modelo no permite obtener el brillo observado. Uno de los nuevos modelos puede ser un modelo de jet consistente en protones acelerados a velocidades relativistas , pero entonces surge la pregunta sobre el mecanismo de aceleración de protones a energías tan altas. Quizás este problema esté relacionado con el problema de la fuente de rayos cósmicos de alta energía [5] .
La observación del espectro de púlsares, en lugar de la imagen más bien uniforme esperada, dio una serie de pequeños picos. Esto requiere reelaborar la teoría del medio interestelar . Una de las explicaciones pueden ser las zonas de turbulencia compactas , que conducen a la distorsión de la radiación electromagnética que pasa a través de ellas [5] .
Durante las observaciones del megamaser de agua en la galaxia M 106 en el rango de 1,3 MHz con una línea de base de 340 mil km (junto con el radiotelescopio terrestre en Medicina, Italia), se logró un récord absoluto de resolución angular en astronomía - 8 microsegundos de arco (aproximadamente en este ángulo, al observar desde la Tierra, se verá una moneda de rublo que se encuentra en la superficie de la Luna) [40] .
Se ha descubierto una fuerte dispersión de la emisión de radio por el plasma interestelar [6] .
En 1979, se creó un observatorio de radio en la estación Salyut-6 con el primer radiotelescopio espacial KRT-10 [41] .
En 1997, JAXA (Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón) lanzó el radiotelescopio HALCA de 8 metros de diámetro a una órbita unas 10 veces más baja que la órbita Spektr-R. El dispositivo funcionó con éxito hasta 2005.
China tiene planes para lanzar dos naves espaciales similares a Spektr-R, mientras utiliza activamente los desarrollos del proyecto ruso [5] .
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