В декабре 2002 года на Совете РАН по космосу был
одобрен усеченный вариант проекта «Спектр-РГ» на базе
платформы «Ямал» или «Фобос-Грунт» с запуском на
ракете «Союз» с разгонным блоком «Фрегат». При этом в состав полезной нагрузки
вошли приборы: JET-X, MART-LIME, EUVITA, TAUVEX, MOXE, SPIN-X1/2 и SPIN при запуске на «Союз-2/1б», т.е. все
приборы от старого варианта СРГ за исключением телескопа СОДАРТ.
Рис. 2.1.1. Общий вид СРГ на
космической платформе среднего класса типа «Ямал», ультрафиолетовый телескоп EUVITA находится за телескопом JET-X.
Планировался вывод КА на высокоапогейную
орбиту ракетой «Союз-2» с разгонным блоком «Фрегат» с космодрома Байконур.
Рис. 2.1.2. Схема вывод КА на высокоапогейную рабочую орбиту с космодрома Байконур.
В конце 2002 года предполагалось, что СРГ будет
запущен не позднее 2007-2008 гг., после проектов «Спектр-Р»
(2005-2006 гг.) и «Спектр-УФ»
(2006-2007 гг.).
В соответствии с принятой в конце 2005 года ФКП-2015
РФ срок запуска «Спектр-РГ» был установлен в 2011
году. Это означает, что летный комплекс научной аппаратуры, изготовленный в
середине 90-х годов для старого варианта СРГ, будет непригоден к запуску в
космос в
В этих
условиях существует три варианта изготовления/подготовки КНА для СРГ:
ü
Сохранить состав научной аппаратуры без изменений (в варианте
ü
Развивать собственные технологии и приборостроительную базу для
создания конкурентоспособных научных приборов;
ü
Формировать новую международную кооперацию, способную изготовить
телескопы/приборы на основе современных технологий и с параметрами на порядки
превосходящие параметры приборов разработки начала 90-х годов.
Практика показала, что реализация первого варианта
невозможна, агентства и комитеты, контролирующие финансы, не согласны выделять
средства на изготовление приборов разработки конца 80-х - начала 90-х годов,
которые уже не могут обеспечить заметного прорыва в астрофизических
исследованиях.
При активном участии Роскосмоса
успешно реализуются второй и третий варианты изготовления КНА для СРГ. Удалось
приступить к разработке отечественных конкурентоспособных
приборов с использованием высоких технологий (поликапиллярная
рентгеновская оптика, полупроводниковые детекторы CZT, и т.д.) и найти новых партнеров на
Западе, готовых изготовить приборы для СРГ (MPE, Германия – телескоп ROSITA; LU, Великобритания – монитор Lobster).
Примечание: ИКИ РАН предложил MPE серьезно доработать изначально
предложенный вариант телескопа ROSITA под задачи проекта СРГ. Новый вариант получил
название eROSITA, добавленная буква e означает английское слово extended (в
переводе - расширенный).
ü
Усовершенствование КНА: установка на СРГ приборов eROSITA, ART-XC, и
Lobster вместо JET-X, MART-LIME
и MOXE;
ü
Выбор околоземной орбиты с минимально возможным наклонением в
качестве основного варианта;
ü
Проведение наблюдений в режиме сканирования.
Зеркальный рентгеновский телескоп eROSITA (Германия, Россия) заменит телескоп JET-X (Великобритания, Италия, Германия,
Россия), изготовленный в 1998 году. Сравнительные характеристики двух
телескопов:
|
eROSITA |
JET-X |
Число зеркальных систем |
7 |
2 |
Число вложенных зеркал в одной системе |
54 |
12 |
Эффективная площадь на 1.5 кэВ |
2471 см2 |
200 см2 |
Поле зрения |
41¢´41¢ |
20¢´20¢ |
Угловое разрешение |
<15² (1 кэВ) |
<15² (1 кэВ) |
Энергетический диапазон |
0.2 – 12 кэВ |
0.3 – 10 кэВ |
Скорость считывания |
50 мс |
2 c |
Энергетическое разрешение |
130 эВ на 6 кэВ |
140 эВ на 6 кэВ |
Диаметр 1 зеркальной системы |
|
|
Фокальная длина |
|
|
Общий вес инструмента |
~600 кг |
|
Размеры (диаметр / длина) |
1.3 м / 2.6 м |
1.1 м/4.1 м |
Энергопотребление |
95 Ватт |
160 Ватт |
Телескоп eROSITA имеет в 12.5 раз (!!!) большую
эффективную площадь и в 4 раза (!!!) большее поле зрения, чем телескоп JET-X при
тех же весовых характеристиках и меньших габаритах. Соответственно
чувствительность eROSITA превышает
чувствительность JET-X более чем в 12.5 раз (!!!). Важнейший параметр – время считывания информации из CCD в
буферную память в телескопе eROSITA будет в 40 раз (!!!) меньше
чем у JET-X – это позволяет
использовать телескоп eROSITA не только в режиме
трехосных наведений, но и в режиме сканирования.
CCD
телескопа eROSITA могут работать при более
высоких температурах (на 30-40 градусов выше, чем CCD JET-X), и
система охлаждения позволяет работать на околоземной орбите, где уровень фона
на порядок, а радиационная доза на два-три порядка меньше чем на высокоапогейной орбите. Пассивная система
охлаждения CCD телескопа JET-X не была предназначена
для работы на околоземной орбите.
Срок изготовления летной модели eROSITA – середина
Срок изготовления летной модели JET-X –
В июне
В Великобритании и Италии (которая отвечает за
зеркальные системы) нет ни желания, ни средств на изготовление новой летной
модели JET-X
для СРГ.
Примечание: одна зеркальная система от телескопа JET-X в настоящее время успешно работает в
составе прибора XRT проекта SWIFT (НАСА), запущенного на орбиту в 2004 году.
Рентгеновский телескоп ART-XC (Россия) с концентратором на основе поликапиллярной оптики Кумахова
заменит рентгеновский телескоп с кодированной апертурой MART-LIME (Италия, Россия). Сравнительные
характеристики двух приборов:
|
ART-XC |
MART-LIME |
Энергетический диапазон |
5 – 80 кэВ |
15 – 150 кэВ |
Энергетическое разрешение |
1 кэВ на 60 кэВ |
10
кэВ на 60
кэВ |
Поле зрения, FWHM |
Зависит от энергии, 9¢ на 20 кэВ |
10° (FWHM) |
Эффективная площадь |
~1000 см2 на 30 кэВ |
1000 см2 на 20 кэВ |
Отношение эффективной площади к площади детектора на 30 кэВ |
~150 |
0.5 |
Тип детектора |
CZT |
МПК (Xe+CH4) |
Чувствительность за 103 с |
2´10-13 эрг с-1
см-2 |
5´10-12 эрг с-1
см-2 |
Угловое разрешение |
Определяется полем зрения, 9¢ на 20 кэВ |
12¢ |
Общий вес инструмента |
£300 кг |
|
Размеры |
1.0´0.6´2.6 м |
0.7´0.7´3.5 м |
Энергопотребление |
160 Ватт |
150 Ватт |
При наблюдениях в режиме трехосной
стабилизации телескоп-концентратор ART-XC почти в 25 (!!!) раз
превосходит по чувствительности телескоп MART-LIME. Энергетическое
разрешение полупроводниковых детекторов CZT/ART-XC в 10 (!!!) раз лучше
энергетического разрешения газового детектора МПК/MART-LIME.
Несмотря на сравнительно малую величину
поля зрения, при помощи ART-XC можно будет сделать
обзор неба в диапазоне энергий 10-30 кэВ на порядок чувствительнее обзора HEAO-1.
В основе ART-XC будет использован задел
по конструкции ультрафиолетового телескопа EUVITA.
В качестве детектора в ART-XC
будут использованы современные полупроводниковые детекторы CZT.
Срок изготовления летной модели ART-XC –
середина
Рентгеновский монитор всего неба Lobster
(Великобритания) заменит монитор MOXE (США), изготовленный в
1996-97 гг. Сравнительные характеристики двух телескопов:
|
Lobster |
MOXE |
Число модулей |
6 |
6 |
Поле зрения |
Все небо каждые 1.5 часа |
85% неба |
Чувствительность за сутки |
0.15 мКраб |
4-5 мКраб |
Угловое разрешение |
2-4¢ |
3° |
Принцип изображения |
Фокусирующие МКП |
Камера обскура |
Энергетический диапазон |
0.1 – 4 кэВ |
2 – 12 кэВ |
Общий вес инструмента |
|
|
Энергопотребление |
144 Ватт |
120 Ватт |
Монитор Lobster, в котором используется
фокусировка при помощи микроканальных пластин, будет иметь в ~30 раз (!!!) лучшую
чувствительность и в ~20 раза лучшее угловое
разрешение, чем монитор MOXE, работающий по принципу
камеры обскуры. При этом весовые и габаритные характеристики приборов схожи.
Рис. 2.4.1.
Сравнение рентгеновских мониторов, в частности Lobster и MOXE.
Ультрафиолетовый телескоп EUVITA (Россия,
Швейцария). Швейцария, отвечающая за детектор DEB, больше не поддерживает
российский проект СРГ. Задел по конструкции EUVITA (ИКИ РАН, ОКБ «Аалам», Бишкек) предлагается использовать в приборе ART-XC.
Ультрафиолетовый телескоп TAUVEX
(Израиль). Израиль заключил соглашение с Индией по запуску ультрафиолетового
телескопа TAUVEX на индийском спутнике и не планирует продолжать
участие в российском проекте СРГ.
Широкоугольный рентгеновский монитор
«СПИН-Х» (ИКИ РАН, ОКБ «Аалам», Бишкек). Совместным
решением РАН и Роскосмоса от
ü
два (возможно три) небольших модуля с кодированной апертурой с
разваленными широкими полями зрения – выполняет функции детектора гамма-всплесков и широкоугольного рентгеновского монитора;
Окончательное решение по составу и
назначению SPIN-X будет принято на более позднем этапе в
Детектор гамма-всплесков
SPIN (разработка ФТИ им.А.Ф.Иоффе).
Задел по прибору будет использован в проектах ФКП-2015 РФ «Коронас-Фотон»
(запуск в 2007 году) и в рамках ОКР Роскосмоса по
малым аппаратам МКА-ФКИ (запуск в 2008 году). Задачи, которые должен был решать
SPIN будут возложены на монитор космических
гамма-всплесков GRBM (см. п.3.4), который
должен проектироваться с учетом околоземной орбиты, режима сканирования и
наличия модифицированного прибора SPIN-X.
Опыт работы таких миссий как XMM-Newton,
Chandra, ASCA, ROSAT, BeppoSAX, RXTE,
Suzaku и др. показал, что на
околоземной орбите существенно (на порядок !!!) лучше
фоновые условия и меньше радиационная доза (на 2-3 порядка !!!).
В варианте 2002 года околоземная орбита
хотя и рассматривалась, но не была окончательно одобрена из-за необходимости
полной переделки системы пассивного охлаждения JET-X, которая изначально не
предназначалась для работы на околоземной орбите.
У прибора eROSITA нет таких жестких температурных ограничений по CCD
как у JET-X, и околоземная орбита
высотой
В 2002 году рассматривался только режим
трехосной стабилизации, режим сканирования не рассматривался из-за ограничений
по времени считывания CCD телескопа JET-X в 2
секунды. При угловых скоростях 4¢ за секунду изображение в
телескопе JET-X просто смазывается. В
телескопе eROSITA время считывания в 40
раз меньше, 50 мс, что позволяет работать при угловых скоростях 4¢ за секунду. При этом эффективность
использования наблюдательного времени составляет почти 90%.
С обновленной научной аппаратурой,
околоземной орбитой с наклонением £29° и программой наблюдений, СРГ становится
конкурентоспособным проектом. СРГ впервые сделает полный обзор всего неба с
рекордной чувствительностью, угловым и энергетическим разрешением в жестком
диапазоне энергий. В ходе этого обзора, помимо решения научных задач,
определенных в 2002 году, будет открыто более миллиона новых ядер активных
галактик и до 100 000 новых скоплений галактик. Оценки показывают, что
такая выборка позволит сделать революционные шаги в космологии.
После проведения обзора неба
предполагается от 3 до 6 лет посвятить исследованию тщательно отобранных
источников в режиме трехосной стабилизации Þ измерение температуры
для ~1 000 скоплений галактик,
спектроскопия и временной анализ галактических (рентгеновские двойные системы,
аномальные пульсары, остатки вспышек сверхновых) и внегалактических
рентгеновских источников (скопления галактик, АЯГ).