Dassie2001 (dassie2001) wrote,
Dassie2001
dassie2001

Category:

838. Астрономия. Первый польский научный спутник BRITE-PL “Lem” – на старте.

В четверг 21 ноября 2013 с космодрома Ясный в Оренбургской области (это часть действующей военной базы «Домбаровский») с помощью украинско-российской ракеты «Днепр» будет выведен на орбиту первый польский научный спутник BRITE-PL “Lem”.


Логотип польских спутников BRITE-PL (их будет два). Автор – Кшиштоф Глодовский.

Ваш покорный слуга напрямую причастен к научной программе этого проекта, поэтому расскажу о нем, добавив два десятка своих и чужих фотографий. Текста получилось довольно много, писал в том числе и для себя, чтобы потом использовать какие-то куски для научно-поп-просвета.

Международный австро-канадско-польский проект BRITE (BRIght Target Explorer) нацелен, прежде всего, на исследование малых изменений блеска ярких звезд, - изменений, вызываемых их собственными колебаниями. Когда высвобождаемый в термоядерных реакциях в центре звезды поток энергии движется в виде излучения к поверхности, он на своем пути может немного задерживаться в тех слоях, прозрачность которых меньше, чем в соседних. Такой менее прозрачный слой будет работать как своеобразная тепловая машина Карно (житейский пример - поршень в дизеле), в ней часть тепловой энергии превращается в механическую энергию движения, заставляя звезду периодически сжиматься и расширяться – от бесконечно малых возмущений, которые есть всегда, до установившихся пульсаций (дрожаний) с определенной амплитудой. Вот и вся наша наука, если в двух словах. Ее основы, с объяснением природы пульсаций давно известных «классических» переменных звезд, были заложены советским физиком С.А.Жевакиным в конце 1940-х годов. В последние десятилетия из теории звездных пульсаций развилась новая наука астросейсмология, поскольку оказалось, что многие звезды, – включая наше Солнце!, - очень мелко дрожат на множестве частот, и эти колебания удалось объяснить на основе достижений атомной физики и гидродинамики. Точно так, как сейсмология позволяет судить о внутреннем строении Земли по вызываемым землетрясениями колебаниям земной поверхности на разных частотах, астросейсмология по множеству собственных частот пульсаций конкретной звезды позволяет судить о ее внутреннем строении и процессах переноса излучения в ее недрах. А это важно для той же атомной физики – прежде всего, для термоядерных исследований, в том числе военных, - ибо условия звездных недр пока недостижимы в земной лаборатории, они возникают на Земле только при термоядерных взрывах.

В астросейсмологических исследованиях задействованы много наземных телескопов и несколько больших и дорогостоящих космических аппаратов (например, американский космический телескоп Кеплер, предназначенный, в основном, для поиска внесолнечных планет, но попутно открывший очень много новых пульсирующих звезд). Международный проект BRITE, в котором участвуют Австрия, Канада и Польша, существенно и «малой кровью» дополнит предыдущие исследования. На высоту от 600 до 900 км будут запущены шесть маленьких спутников размером 20 х 20 х 20 см, по два от каждой страны, которые в рамках единой программы будут непрерывно наблюдать в течение длительного времени - недель и месяцев – малые регулярные и нерегулярные изменения блеска звезд в выбранной на небе области размером в 24 градуса (для общего представления - раздвинутые большой и указательный пальцы вытянутой руки охватывают область небосвода размером примерно в 15 градусов). В такое широкое поле зрения может попасть до 15-20 ярких звезд сразу – например, почти все созвездие Ориона, как на данной фотографии.


Созвездие Ориона. Выделены три наиболее яркие звезды, слева направо: красный сверхгигант Бетельгейзе, бело-голубой гигант Беллатрикс и бело-голубой сверхгигант Ригель. Светимоcть Ригеля (мощность излучаемой им энергии) в 130 000 раз выше солнечной. Эти звезды, как и другие яркие на данной фотографии, будут исследоваться спутниками BRITE.

В качестве приемника на спутниках используется CCD-матрица на 11 мегапикселей, как в рядовой цифровой фотокамере, а диаметр объектива телескопа составляет всего 3 см! Говоря по-простому, на орбиту выносится цифровая фотокамера для длительных очень точных измерений яркости фотографируемых объектов.

При этом в каждой паре спутников один будет наблюдать с голубым фильтром, а другой – с красным. До сих пор наблюдения с космических аппаратов проводились только в каком-то одном цвете. А теперь впервые появится целое семейство телескопов, непрерывно наблюдающих выбранные объекты сразу в двух цветах. Данное обстоятельство критически важно для идентификации так называемых мод колебаний – то есть выявления их горизонтального масштаба (многие колебания выглядят не как расширение и сжатие всей звезды, а как волны на ее поверхности), и это действительно удается сделать, несмотря на то, что мы не видим звездного диска, как в случае Солнца, а даже в телескоп видим только точку. Оказалось, однако, что такая звезда-«точка» дрожит по-разному в разных цветах. Соответствующая изящная теория развита более 30 лет назад, и она уже с успехом применяется для избранных звезд в наземных наблюдениях.


Голубая и красная части видимого электромагнитного спектра, к которым восприимчивы соответствующие фильтры спутников BRITE. Выбор фильтров был определен из условия, чтобы звезда спектрального типа А0 (к такому классу относится, например, всем известная Вега) имела приблизительно одинаковую яркость в обоих фильтрах.


Единственная чисто научная картинка в данном сообщении. На диаграмме нанесены самые яркие звезды – ярче четвертой видимой звездной величины, именно их будут наблюдать спутники BRITE. Таких ярких звезд на небе всего немногим более 500, все они видны невооруженным глазом и многие из них пульсируют или должны пульсировать – только большинства пульсаций мы не видим, они имеют слишком малые амплитуды и, кроме того, высокоточным измерениям мешает земная атмосфера (наше Солнце также пульсирует на сотнях тысяч частот, но невооруженным глазом мы не видим солнечных пульсаций по тем же причинам). Звезды нанесены в зависимости от логарифма их поверхностной температуры (по горизонтали) и их абсолютной мощности излучения (по вертикали), выраженной в так называемых звездных величинах – разница в 5 единиц соответствует различию мощности излучения в 100 раз. Солнце на этой диаграмме располагается примерно в правом нижнем углу, температура его поверхности составляет около 6000 градусов, а мощность излучения – около пятой абсолютной звездной величины. Из диаграммы видно, что реально самые яркие звезды (если их все расположить на одном расстоянии, как и предполагается в случае абсолютных звездных величин) излучают в десятки тысяч и даже в сотни тысяч раз мощнее Солнца (различие с Солнцем составляет до 12-13 звездных величин), а поверхностные температуры звезд заключены в диапазоне от 3 тысяч градусов (на правом краю) до 30 тысяч градусов (на левом краю). Для астрономии и многих разделов физики важно понять особенности внутреннего строения всего этого «зоопарка» пульсирующих звезд и протекающих в их недрах физических процессов. Спутники BRITE как раз и поставят данные для соответствующих астросейсмологических исследований. Диаграмма взята из статьи W.W.Weiss et al., "BRITE-Constellation: Nanosatellites for Precision Photometry of Bright Stars", Proceedings IAU Symposium No. 301, 2013.

Каждый спутник весит лишь 7 килограммов, а вместе с укрепляемым на ракете контейнером с пружинным механизмом отделения спутника – в границах 14 килограммов. Размеры спутника – куб со стороной 20 см, примерно как коробка из под ксерокса. Стоимость коммерческого запуска одного такого спутника – несколько сотен тысяч долларов, а весь проект BRITE, включая разработку и изготовление шести спутников в трех странах, оценивается примерно в 10-15 миллионов долларов, что в десятки и сотни раз меньше затрат на космический телескоп Хаббла (более 3 миллиардов долларов) и телескоп Кеплер (600 миллионов долларов).


Спутник BRITE со снятыми боковыми панелями солнечных батарей – схема расположения оборудования. Наверняка, почти все понятно, поясню только, что startracker – это гид-видоискатель, а магнитометр нужен для предварительной ориентации спутника с использованием земного магнитного поля. Ориентация (поворот) спутника и его стабилизация осуществляется с помошью гироскопов.

За польскую часть проекта BRITE отвечают два института: Астрономический центр имени Н.Коперника Польской АН и Центр космических исследований Польской АН.


Табличка на стене в Центре космических исследований в Варшаве, установленная в связи с официальным присвоением первому польскому научному спутнику имени «Лем» - в память о Станиславе Леме. В верхней части – эмблемы Центра космических исследований, Астрономического центра им. Н. Коперника, Министерства науки и высшей школы, а также польских спутников проекта BRITE.


Эту фотографию уже вывешивал в интернете. Станислав Лем в своем доме в Кракове, март 2001. Фото Василия Памятных (тогда по просьбе Юрия Ревича я помог журналу «Компьютерра» организовать интервью с Лемом, однако сам поехать в Краков не смог, вместо меня поехал сын – и взятое главным редактором журнала Евгением Козловским интервью стало темой очередного номера, оно есть в интернете).


Для филателистов. Польская марка, выпущенная в связи с предстоящим запуском «Лема».


Сборка «Лема» в лаборатории варшавского Центра космических исследований – снято с установленного в коридоре экрана телевизора, вживую нонстоп транслировавшего проводимые в герметичном помещении работы.


Тоже сборка «Лема». Основные его компоненты, как и для первого австрийского спутника, изготовлены в канадской Лаборатории космических исследований при университете в Торонто. А вторые спутники, как австрийский, так и польский, созданы уже полностью в своих странах – при содействии канадских специалистов.


Последняя проверка «Лема» в лаборатории варшавского Центра космических исследований перед его упаковкой для отправки на космодром. Спутник - в защитном прозрачном кубе из желтого оргстекла. Фото с официального сайта BRITE-PL: http://www.brite-pl.pl/


Контейнер, монтируемый на ракете, вместе с пружинным механизмом отделения спутника. Фото с официального сайта BRITE-PL: http://www.brite-pl.pl/


Контейнер с помещенным в нем спутником. В таком виде спутник закрепляется на платформе в головной части ракеты. Фото с официального сайта BRITE-PL: http://www.brite-pl.pl/

Суммируя преимущества проекта BRITE в сравнении с другими космическими миссиями, отмечу дешевизну проекта и возможность длительно и непрерывно наблюдать объекты в любой части небосвода, причем наблюдать одновременно в двух цветах и с нескольких телескопов – такой подход осуществляется впервые в мире. В случае успеха это будет качественный скачок в астросейсмологии, как в теории, так и в организации космических наблюдений.

Два спутника проекта BRITE уже стартовали – в феврале нынешнего года оба австрийских спутника были выведены на орбиту индийской ракетой. Один из этих спутников был создан канадцами из Лаборатории космических полетов при университете в Торонто, а другой – австрийскими специалистами из Технического университета в Граце, также при поддержке канадских коллег. Спутники вот-вот приступят к выполнению научной программы, а пока все еще проводятся разного рода технические тесты и устраняются помехи, связанные, в частности, с неожиданно большой чувствительностью использованных CCD-матриц к космическому излучению. Накопленный опыт будет учтен в запусках последующих спутников – так, вводится дополнительное экранирование CCD-матриц от потоков высокоэнергетичных частиц.


Два австрийских спутника в защитной упаковке незадолго до запуска с помощью индийской ракеты. Фото из научного доклада одного из родоначальников проекта BRITE, проф. Славомира Ручинского из университета в Торонто.

Первый польский спутник будет запущен 21 ноября с помощью украинско-российской ракеты «Днепр». Это находившаяся в конце 1980-х – начале 1990-х годов на вооружении советская межконтинентальная баллистическая ракета РС-20 «Воевода» (по классификации НАТО – ракета СС-18 «Сатана»). Головная часть ее переделана – вместо ядерных зарядов в ней могут разместиться один или несколько спутников, и общий вес полезной нагрузки может составить до трех с половиной тонн для низкой орбиты с оптимальным наклонением и около одной тонны для сравнительно высокой околополярной орбиты (600-900 км), как в предстоящем запуске. Вместе с «Лемом» этой же ракетой будут запущены еще несколько спутников разных стран, основной груз, около 300 килограммов, приходится на спутник „DubaiSat-2” из Объединенных Арабских Эмиратов, поэтому данная пусковая кампания официально так и называется -«ДубайСат-2».


Расположение космодрома Ясный на юге Оренбургской области, недалеко от границы с Казахстаном. Байконур по прямой линии - приблизительно в 800 км к юго-юго-востоку. Для организации коммерческих научных запусков по проекту «Днепр» в 1997 году была создана российско-украинская компания «Космотрас», к которой несколько позже присоединился Казахстан. С 1999 года произвено 18 запусков ракет «Днепр», 12 - с Байконура и 6 – из Ясного. На орбиту были выведены 62 спутника разных стран. Один запуск с Байконура летом 2006 года закончился аварийно – из-за нарушения теплоизоляции в двигателях первой ступени. Официальная страница Космотраса: http://www.kosmotras.ru/


Старт «Днепра» - выход ракеты из шахты. Глубина шахты – около 40 метров. Фото из интернета. Двигатели ракеты еще не включены – выход из шахты осуществляется с помощью находящегося на дне шахты порохового заряда, создающего при невзрывном горении сильный избыток давления, что и выталкивает ракету.


Фото из интернета. Двигатели ракеты включаются на высоте около 20 метров над землей. В качестве ракетного топлива используется сильно ядовитый гептил и четырехокись азота. При соприкосновении двух этих жидкостей происходит самовозгорание. От ракеты с помощью маленького дополнительного заряда отлетает в сторону поддон, предохранявший дно ракеты от горевшего под ним пороха, а также сбрасываются обтюраторные кольца, которые в шахте предотвращали прорыв пороховых газов через зазор между ракетой и каналом ствола.


Собранная головная часть ракеты, которая будет запущена 21 ноября. Ее поперечный диаметр - три метра. Все выносимые на орбиту спутники – внутри. А снаружи - их эмблемы, как и эмблемы главных компаньонов Космотраса – космических агентств России, Украины и Казахстана. Ракета – украинско-российская, что подчеркивают вывешенные флаги. Фото с сайта Космотраса: http://www.kosmotras.ru/news/138/


Транспортировка головной части с космическими аппаратами на стартовую позицию 15 ноября 2013. Фото с сайта Космотраса: http://www.kosmotras.ru/news/142/


Станция слежения и связи располагается в нашем институте, приемно-передающие антенны – на крыше. Связь будет осуществляться в УКВ-дипазоне на дециметровых волнах.


В кадр попали даже птицы, их тут много. Станция давно готова и не раз опробована. Ждем запуска утром в четверг. Резервная дата – утром в пятницу. В четверг к нам в институт придут много официальных гостей и журналистов, и состоится первый сеанс связи с «Лемом». Это будет главная польская новость на ТВ и в газетах. А второй польский спутник, близнец «Лема» (только с глазами другого цвета), который по результатам общественного конкурса получил имя «Гевелий» в честь польского астронома XVII века Яна Гевелия, планируется запустить в конце декабря с помощью китайской ракеты. Мир тесен и он без границ, особенно для астрономии и космонавтики.

Выражаю признательность моим друзьям-коллегам - Павлу Москалику за многочисленные обсуждения, которые пригодились при подготовке данного текста, и Славеку Ручинскому за разрешение использовать фотографию австрийских спутников из его доклада на научном семинаре. Буду благодарен читателям за поправки, не во всех описанных вещах я спец.

P.S. Небольшое дополнение сразу. Разнообразная аппаратура, изготовленная в Центре космических исследований Польской АН, установлена на десятках космических аппаратов. Есть уникальные разработки типа гарпуна для посадки на комету, где сила тяжести ничтожна и надо ж как-то зацепиться, или механическая рука-манипулятор для изучения поверхности комет и астероидов. А еще в давнем 1973 году один из спутников серии Интеркосмос был назван «Интеркосмос-500 Коперник» в честь 500-летия со дня рождения Николая Коперника. На том спутнике также была установлена польская аппаратура и были проведены эксперименты по изучению радиоизлучения Солнца и земной ионосферы. Более того, полетный экземпляр был изготовлен при участии Института авиации в Варшаве. Однако, польское участие было лишь частичным, а научный выход оказался не очень существенным (знаю лишь, что по результатам работы спутника одним из советских участников проекта была защищена кандидатская диссертация).
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

  • 13 comments