вернёмся в список журналов?

Научно-популярный журнал Академии наук СССР и Всесоюзного астрономо- геодезического общества Издается с января 1965 года Выходит 6 раз в год Издательство «Наука», Москва

АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОДУЛЬ ,,ГАММА"

11 июля 1990 г. была запущена советская космическая обсерватория «Гамма», предназначенная для проведения фундаментальных исследований в области гамма-астрономии. Несмотря на возникшие сбои в работе научной аппаратуры, удается получить новые важные экспериментальные данные. Как устроена эта обсерватория? Какими приборами и научной аппаратурой она оснащена?

Исследование космических гамма-лучей - одно из важнейших направлений астрономии и астрофизики (Земля и Вселенная, 1973, № 1; 1981, №№ 3 и 4). Эти исследования могут проводиться только с орбиты искусственного спутника Земли, поскольку атмосфера Земли поглощает практически все первичное космическое гамма-излучение. Наибольшую информацию о космических гамма-лучах с энергией в сотни Мэв дал европейский спутник (COS-B), работавший на орбите в конце 70-х годов. С тех пор широкомасштабных экспериментов в области космической гамма-астрономии не проводилось. И вот теперь, наконец, в нашей стране создана новая научная аппаратура и новый специализированный модуль. По сравнению со спутником COS-B космическая обсерватория «Гамма» и установленная на ней новая научная аппаратура должны были иметь в несколько раз большую чувствительную площадь и в 3- 4 раза лучшее угловое разрешение, охватывать большой диапазон электромагнитного спектра от 10⁴ до 10¹⁰ Эв.

К 1980 г. сформировался окончательный облик обсерватории. В состав научной аппаратуры вошли телескоп «Гамма-1» с привязочным звездным датчиком «Телезвезда», телескоп «Диск-М» и телескоп «Пульсар Х-2».

Обсерватория рассчитана на продолжительность полета не менее 1 года, орбита круговая (высота 350-400 км, наклонение 51,6°).

КОНСТРУКЦИЯ ОБСЕРВАТОРИИ

Обсерватория «Гамма» состоит из 5 отсеков. Внутри большого отсека научной аппаратуры установлен телескоп «Гамма-1». Два других телескопа «Диск-М» и «Пульсар Х-2» - на внешней оболочке малого отсека научной аппаратуры. Основные служебные системы располагаются в приборном отсеке обсерватории, а корректирующая двигательная установка размещена в агрегатном отсеке. Снаружи переходного отсека установлены две панели солнечных батарей (по левому и правому борту).

Европейский гамма-спутник СОS-B 1 - детекторы; 2 - искровые камеры; 3 - телескоп; 4 - калориметр; 5 - емкости с газом; 6 - электроника; 7 - солнечные батареи. (Масса спутника 278 кг, масса научной аппаратуры 118 кг)

Для обеспечения длительного функционирования на орбите обсерватория имеет более десяти служебных систем, объединенных в единый бортовой комплекс. В их числе - системы управления движением и навигацией, электропитания, радиосвязи, телеметрических измерений, обеспечения теплового режима и другие. Управление служебными системами и научной аппаратурой осуществляется общей системой управления бортовым комплексом.

Система управления бортовым комплексом (СУБК) включает блоки автоматики (на основе микропроцессорной техники), программно-временное устройство, блоки силовой автоматики, устройство единого бортового времени. СУБК управляет обсерваторией автоматически по заданным программам. Программа управления формируется заранее на несколько витков в виде комбинации «жестких» и «гибких» программ. «Гибкие» программы используются, как правило, для включения «жестких» программ и для выдачи необходимых разовых команд. Для обеспечения работы научной аппаратурой в СУБК используется шесть «жестких» программ и до 200 разовых команд. Стабильность бортового текущего времени составляет 10^-8 с. Это позволяет проводить научные измерения с точностью привязки к системе единого времени не хуже 1 мс.

Система управления движением (СУД) осуществляет все необходимые перемещения обсерватории в пространстве. Ориентация выполняется с помощью навигационных солнечных и звездных датчиков и датчиков местной вертикали. В качестве исполнительных органов используются силовые гироскопы-гиродины, которые позволяют обеспечить наведение и удержание обсерватории в заданном направлении практически без расхода ракетного топлива. Управление работой СУД обеспечивается бортовой вычислительной машиной. Основные динамические характеристики режима ориентации - амплитуда автоколебаний 3', угловая скорость автоколебаний до 0,3 угл. мин/с. СУД позволяет наводить и удерживать телескоп с точностью 10-30'. В процессе реальной эксплуатации обсерватории оказалось возможным осуществлять на каждом витке наблюдение двух участков небесной сферы. Это почти вдвое увеличило полезный объем научных измерений (коэффициент полезного использования времени на витке достигает 85%).

Для компенсации постоянного снижения орбиты используется комбинированная двигательная установка с маршевым двигателем тягой 300 кгс. При работе двигателя стабилизация обсерватории обеспечивается качанием его камеры сгорания и с помощью двигателей ориентации малой тяги. Суммарный запас топлива 780 кг (этого достаточно для полета обсерватории не менее 1 года).

Система электропитания (СЭП) выполнена на основе двух панелей солнечных батарей с фотоэлектрическими преобразователями. Общая площадь панелей 36,5 м². В систему входят также блоки никель-кадмиевых аккумуляторов и зарядно-разрядные устройства, обеспечивающие совместную работу аккумуляторов и солнечных батарей. Максимальная мощность СЭП 3,5 кВт (ток постоянный, выходное напряжение 24-34 В). Панели солнечных батарей снабжены электромеханическими приводами, обеспечивающими одноосную ориентацию солнечных батарей на Солнце. Ошибка при наведении на Солнце по этой оси не превышает 6°, что позволяет обеспечить максимальный энергосъем с солнечных батарей.

Система обеспечения теплового режима (СОТР) выполнена по схеме с циркуляцией воздуха в герметичных отсеках обсерватории и термостатированием посадочных мест для приборов в негерметичных отсеках. Тепло, выделенное приборами, воздушным потоком передается в общий теплообменник, откуда выносится на внешний радиатор-излучатель.

Схема размещения приборов и агрегатов на космической обсерватории «Гамма» 1 - телескоп «Гамма-1»; 2 - отсек научной аппаратуры (малый); 3 - отсек научной аппаратуры (большой); 4 - переходный отсек; 5 - приборный отсек; 6 - агрегатный отсек; 7 - солнечные батареи; 8 - телескоп «Диск-М»; 9 - датчики солнечной ориентации; 10 - датчики звездной ориентации; 11 - счетчики телескопа «Пульсар Х-2». Длина обсерватории около 8 м, максимальный диаметр корпуса 2,7 м, объем гермоотсеков около 20 м3

Температура воздуха в отсеках и посадочных мест для приборов поддерживается в диапазоне от нуля до 40°С, в местах работы научной аппаратуры - от нуля до 30°С. Давление атмосферы 450 - 980 мм рт. ст.

Телеметрическая система обеспечивает сбор научной и служебной информации,ее хранение, передачу на Землю. Научная информация с обсерватории поступает на Землю в виде цифровых массивов - один-два раза в сутки. Максимально возможный объем суточной информации до 120 Мбит. Скорость передачи цифровых массивов в телеметрическую систему до 170 кбит/с.

Часть служебных бортовых систем обсерватории «Гамма» уже прошла длительную отработку на космических кораблях «Прогресс», «Союз» и орбитальной станции «Мир». Это не только обеспечило высокую надежность работы этих систем, но и значительно снизило затраты на создание обсерватории «Гамма».

Перед полетом обсерватории проводились всесторонние наземные испытания конструкции на прочность, отрабатывался тепловой режим в больших барокамерах, имитирующих реальные условия космического полета, выполнялись автономные и комплексные электрические испытания всех служебных систем и научной аппаратуры.

НАУЧНАЯ АППАРАТУРА

Телескоп «Гамма-1» - основной научный прибор обсерватории предназначен для детального исследования гамма-излучения высоких энергий (от 50 до 5 Гэв).

В состав телескопа входят следующие основные системы:

1.Система из двух сцинтилляционных счетчиков, газового черенковского счетчика и логической электроники. При регистрации гамма-частиц, попадающих в поле зрения этих детекторов, по сигналу этой системы запускаются другие системы телескопа;

2. Система защиты от заряженных частиц космических лучей состоит из девяти сцинтилляционных детекторов, работающих методом антисовпадений. Пять из них образуют «колпак» над счетчиками и искровыми камерами. Три детектора расположены по бокам от кодирующей маски. Последний - снаружи отсека научной аппаратуры (он исключает регистрацию вторичных гамма-квантов, которые могут образоваться в материале корпуса отсека);

3. Широкозазорные искровые камеры;

4. Система продувки искровых камер, обеспечивающая постоянный проток специально подобранной смеси газов Ar, Ne, CO₂ с расходом 7-10 см³/мин. Это необходимо для поддержания чистоты внутреннего объема камер;

5. Система зеркал и две телекамеры для визуализации треков заряженных частиц;

6. Калориметр, состоящий из чередующихся слоев свинца и пластического сцинтиллятора. Он предназначен для измерения энергии заряженных частиц;

7. Кодирующая маска изготовлена из вольфрамовых пластин (толщиной 1 см), установленных под оболочкой отсека научной аппаратуры для улучшения углового разрешения телескопа (до 20').

Работоспособность всех систем телескопа проверялась во время наземной отработки, включавшей специальную калибровку на пучках меченых гамма-квантов (ускоритель в Пахре под Москвой).

В создании телескопа «Гамма-1» принимали участие ИКИ АН СССР, ОКБ ИКИ, МИФИ, НПО «Энергия», ФИ АН СССР, ЛФТИ АН СССР, а также несколько учреждений Франции (Центр ядерных исследований в Сакле, Центр исследований космических излучений и Национальный центр космических исследований в Тулузе).

Обсерватория «Гамма» перед комплексными испытаниями

Привязочный звездныйдатчик «Телезвезда» работает совместно с телескопом «Гамма-1». Его поле зрения 6 Х 6°, чувствительность на уровне пятой звездной величины, угловое разрешение 2'. Это позволяет определять истинное положение оси телескопа «Гамма-1» в пространстве с такой же точностью. Масса датчика 18 кг. Датчик разработан и изготовлен специалистами Польши.

Телескоп «Диск-М предназначен для измерения потоков «мягкого» гамма-излучения в диапазоне энергий от 20 КэВ до 5 МэВ. Детекторы-кристаллы Nal.

Угловое разрешение телескопа-20-30', чувствительность 10^-4 1 /см² с (при энергии 200 КэВ) и 10^-6 1 /см² с (при энергии 2 МэВ). Масса телескопа 78 кг. Телескоп «Диск-М» разработан и изготовлен в ФТИ АН СССР.

Схема телескопа «Гамма». Масса телескопа около 1500 кг.

Телескоп «Пульсар Х-2» измеряет рентгеновское излучение с энергией от 2 до 25 КэВ (вблизи области «мягкого» гамма-излучения). Поле зрения телескопа 10° Х 10°, угловое разрешение до 30'. Масса телескопа 50 кг. Телескоп разработан и изготовлен ИКИ АН СССР совместно с французским Центром исследований космических излучений (г. Тулуза).

Все три телескопа устанавливаются на обсерватории соосно и одновременно могут исследовать заданную область пространства.

РАБОТА НА ОРБИТЕ

Опыт реальной эксплуатации обсерватории на орбите показал надежность служебных бортовых систем и хорошую управляемость обсерватории в пространстве. При выполнении динамических маневров расход топлива оказался значительно ниже расчетного, что позволит, при необходимости, увеличить время полета.

Один из рабочих моментов подготовки обсерватории на Байконуре

Однако в научной аппаратуре было два отказа. Вышел из строя телескоп «Диск-М» и не проходит электропитание на запуск искровых камер телескопа «Гамма-1». В результате угловое разрешение телескопа «Гамма-1» составляет 10°. Остальные системы телескопа «Гамма-1» работают устойчиво. Благодаря высокой чувствительности телескопа и высокого временного разрешения накоплено немало новой научной информации в области гамма-астрономии высоких энергий. Основное внимание в этом эксперименте уделяется поиску и исследованию источников переменного гамма-излучения. Параллельно изучаются радиационные пояса Земли на малых высотах (в Бразильской аномалии), а также электронная компонента космических лучей. Исследуется гамма-излучение высоких энергий от Солнца в максимуме его активности. Проведены исследования пульсара в созвездии Парусов, центра Галактики, двойной системы в созвездии Лебедя, гамма-источника Геминга (созвездие Тельца) и двойной системы в созвездии Геркулеса. Обработка информации ведется в научных центрах АН СССР и Франции.

В следующем номере «Земли и Вселенной» будет опубликована статья о конкретных результатах выполненных исследований.

Надо сказать, что создание обсерватории «Гамма-1» открывает не только новые перспективы в исследовании Вселенной, но и позволяет наметить широкую программу использования обсерватории в интересах решения народнохозяйственных задач. В частности, предусматривается создать на основе обсерватории «Гамма» экологический модуль для контроля из космоса атмосферы Земли, Мирового океана, внутренних водоемов, лесов, посевов, а также для прогноза и наблюдения стихийных бедствий. При этом конструкция и состав служебных систем экологического модуля сохраняется практически без изменений, но, конечно, вместо телескопов, исследующих гамма-излучение, будет установлена другая аппаратура.

Жизнь новой обсерватории только начинается. Ей предстоит долго и хорошо служить людям.

Реклама на epizodsspace.narod.ru

Закрыть [x]