Лаборатория космических исследований

Ульяновская секция Поволжского отделения Российской Академии Космонавтики им. К. Э. Циолковского

Ульяновский Государственный Университет
(Пущинская Радиоастрономическая обсерватория) ПРАО. Часть 2. Радиотелескоп РТ-22.

Итак вот и дошла очередь до второй части повествования о Пущинской радиоастрономической обсерватории. Весь фото и не фото материал взят всё у того же  victorprofessor за что ему огромное спасибо.

В прошлой части мы познакомились с радиотелескопами ДКР-1000 и БСА, а в этой части переходим к старейшему телескопу в обсерватории — РТ-22.

1. Итак, общий вид радиотелескопа. Как уже упоминалось выше — его вес составляет более 450 тонн. Вышка справа предназначена для установки аппаратуры в центральный контейнер. На телескопах с большим диаметром в ней нет необходимости, т.к. доступ осуществляется по внутренним лестницам.

В первые годы становления радиоастрономии был накоплен большой опыт радиоастрономических исследований, показавших их перспективность как для астрономии, так и для прикладных работ. Остро встал вопрос об освоении диапазона миллиметровых и сантиметровых волн. В 1951 г, по инициативе ФИАН (С.Э.Хайкин), Академии наук СССР и двум министерствам было поручено подготовить предложения о создании в СССР с участием промышленных предприятий больших радиотелескопов для службы Солнца, наблюдения за радиоизлучением Солнца и других космических источников радиоизлучения на сантиметровых и миллиметровых волнах.

2. Диаметр рефлектора радиотелескопа — 22 метра. Листы поверхности рефлектора закреплены на регулируемых шпильках, что позволило добится высокой точности монтажа отражающей поверхности. Кружки в центре рефлектора — облучатели, именно сюда попадает принятый сигнал.

 

Опыта по конструированию и созданию таких радиотелескопов не было ни в нашей стране, ни за рубежом. Ни одна из промышленных организаций не бралась за создание такого инструмента. В декабре 1952 разработка эскизного проекта радиотелескопа с параболическим рефлектором диаметром 16 м была возложена на ФИАН. Научным руководителем работ назначен А.Е.Саломонович, главным конструктором - П.Д.Калачев. По результатам эскизного проектирования было решено увеличить диаметр зеркала радиотелескопа до 22 м и создать радиотелескоп, известный теперь как РТ-22 ФИАН. В научно-техническом плане было необходимо решить очень сложную, не имеющую прецедентов, задачу создания зеркала антенны диаметром 22 метра, работающую на миллиметровых волнах, т.е. с точностью поверхности в доли миллиметра. В мире в это время существовал только один радиотелескоп, работающий на миллиметровых волнах, но его диаметр составлял всего 4 метра. Предстояло создать радиотелескоп в 5 раз большего размера, обеспечив столь же высокую точность поверхности.

3. Это аппаратный зал, аппарат по центру показывает азимут и угол места радиотелескопа. Отсюда же осуществляется управление радиотелескопом. Рядом установлен обыкновенный IBM PC компьютер, на котором продублирована возможность управления положением радиотелескопа.

П.Д. Калачев предложил принципиально новое оригинальное конструкторское решение - разделение функций обеспечения жесткости и точности рефлектора. Жесткость обеспечивалась несущим силовым каркасом сравнительно малой точности. Точность отражающей поверхности радиотелескопа достигалась креплением рефлектора на каркасе на регулируемых по высоте установочных опорах (шпильках) (32 000 шпилек), выставляемых по шаблону с требуемой точностью отражающей поверхности.

4. Но самое интересное находится внутри радиотелескопа, а именно — в его основании. На самом деле основание телескопа это поворотный лафет от корабельного орудия, с недостроенного и разобранного линкора.

Осенью 1956 года был заложен фундамент РТ-22. Общий вес конструкции — 465 тонн, в разобранном виде детали доставлялись по железной дороге, а затем зимой на специально сконструированных санях перевозились к месту строительства.

5. Шестерня поворотного привода.

Система наведение и сопровождения, разработанная и созданная НИИ автоматики и гидравлики (ЦНИИАГ), была основана на сельсинных схемах измерения азимута и угла места радиотелескопа и аналогового преобразователя координат на основе синус- косинусных вращающихся трансформаторов. Такая система обеспечила точность наведения и сопровождения в 2-3 угловые минуты, достаточную для наблюдений на сантиметровых волнах. Для более точного наведения и сопровождения наблюдаемых объектов на радиотелескопе был установлен оптический гидирующий телескоп, соосный с электрической осью антенны, оснащенный ручным пультом наведения на наблюдаемый объект. Была создана и установлена наиболее совершенная на уровне радиотехники того времени радиоприемная аппаратура, включавшая модуляционные радиометры на волны 8 мм, 1.6, 3.2 и 9.6 см на основе супергетеродинных приемников с кристаллическими смесителями на входе. Первые наблюдения на РТ-22 начались в мае 1959 года.

6. Огромное количество силовых и информационных кабелей, по
ним принятый сигнал передается в аппаратную. Длины кабелей достаточно для одного полного оборота телескопа. Поскольку основные исследования проводятся на южном направлении при работе это ограничение не мешает.

На первом этапе круг решаемых задач включал исследования Солнца, Луны, планет и дискретных источников радиоизлучения. Так, с использованием высокого углового разрешения инструмента были получены первые карты распределение радиояркости по диску Солнца. Спустя некоторое время после ввода радиотелескопа РТ-22 в эксплуатацию был выполнен ряд работ по повышению его эффективности на основе новых разработок в радиоприемной технике. Так, в первых наблюдениях на РТ-22 использовались простые смесительные приемники. Их шумовая температура составляла несколько тысяч градусов. В 1961 г. радиотелескоп был оснащен более чувствительными радиометрами на волны 3.3 и 1.6 см с параметрическими усилителями на входе (В.П. Бибинова, А.Д. Кузьмин, М.Т. Левченко, В.И. Пушкарев, А.Е. Саломонович, И.В. Шавловский). Их шумовая температура составляла 425 К и 850 К соответственно, что повысило чувствительность радиометров в несколько раз и существенно расширило возможности радиоастрономических наблюдений.

7. Внизу полное ощущение того, что находишься на корабле. Толстенное железо с громадными заклепками и теснота.

В 1963 году на радиотелескопе, по инициативе заведующего лабораторией колебаний ФИАН А.М.Прохорова, в качестве входного усилителя на волну 21 см был применен мазер (квантовый парамагнитный усилитель), разработанный аспирантом Р.М. Мартиросяном. Это был первый в СССР мазер, созданный для радиоастрономии. Шумовая температура системы РТ-22 при использовании радиометра с мазером составила 180 К. Успешное применение мазера на волну 21 см в комплексе радиотелескопа оказало далеко-идущее воздействие на развитие аппаратурной базы РТ-22. Трудности эксплуатации мазера, требующего жидкого гелия, окупались резким повышением чувствительности. При этом открывались принципиально новые возможности для радиоастрономических исследований. Было решено оснастить радиотелескоп мазерами на несколько диапазонов длин волн.

8. Переход между секциями. Судя по их количеству, это был трехорудийный лафет.

Начиная с середины 60-х годов, одним из основных направлений исследований на РТ-22 стала спектральная радиоастрономия. Для обеспечения наблюдений спектральных линий аппаратурный комплекс РТ-22 был укомплектован системой стабильных частот (ССЧ) и анализаторами спектра. ССЧ обеспечивала высокостабильные и, в тоже время, перестраиваемые частоты первых гетеродинов радиометров на волны 8 мм и 1,3 см. Это позволяло настроить каждый из приемников на прием выбранной спектральной линии. При этом обеспечивалась необходимая точность настройки до восьмого знака частоты.

9. Рабочая комната в бытовке установленной прямо на опорно-поворотной части телескопа. Слева щитовая, а в правом нижнем углу криогенная установка для охлаждения облучателей жидким водородом. Охлаждение облучателей позволяет существенно снизить шумы.

Первая система наведения и сопровождения радиотелескопа, разработанная и созданная НИИ автоматики и гидравлики (ЦНИИАГ), в 1955-57 г.г. на основе лучших технических решений того времени, и установленная на радиотелескопе в 1959 г., была построена на аналоговых элементах и обеспечивала точность, достаточную лишь для наблюдений на сантиметровых волнах. Наблюдения на миллиметровых волнах проводились в режиме визуального гидирования наблюдаемого объекта с помощью оптического телескопа. Оптическое гидирование по звездам, обеспечивающее необходимую точность, могло осуществляться только ясными ночами. По многолетним метеоданным в Серпуховском районе число ясных ночей в Пущино составляет около 20%. Поэтому время использования этого уникального инструмента в режиме визуального наблюдения составляло лишь около 10%.

10. А это старый пульт управления положением рефлектора. Слева управление азимутом, а справа установка угла места. В данный момент не используется ввиду автоматизированной системы управления, но в случае необходимости может быть включен.

По указанным причинам в начале 70-х годов совместными усилиями лаборатории радиоастрономии и отдела счетно-решающих устройств ФИАН был разработан проект автоматизации исследований на РТ-22 с помощью ЭВМ. Проект был основан на применении появившихся в то время первых отечественных ЭВМ III поколения М-6000. Принципиальным моментом была комплексность автоматизации. На ЭВМ возлагалось ведение всего радиоастрономического эксперимента: наведение радиотелескопа, управление приемной аппаратурой, сбор и обработка информации, выдача ее в удобном виде. ЦНИИАГ осуществил модернизацию следящего привода на основе цифровых элементов, обеспечивающих точность, достаточную для наблюдений на миллиметровых волнах и подключение его к новой системе автоматизации. Реализация проекта потребовала многолетних усилий всех упомянутых выше коллективов и была завершена в 1978 году. Это была первая в СССР комплексная автоматизация радиоастрономических исследований на радиотелескопе. Были решены все поставленные задачи. Заботы по наблюдениям приняла на себя ЭВМ, увеличив время использования этого уникального инструмента до 10 раз. Операторы телескопа, освобожденные от утомительного оптического гидирования в кабине гида, заняли свое место за пультом управления в аппаратном зале.

11. Вид с верхней площадки рядом с осью рефлектора

Быстрое развитие электронно-вычислительной техники потребовало систематического обновления системы автоматизации РТ-22, что последовательно осуществлял С.В. Логвиненко. В 1987 году вместо первой ЭВМ М-6000 была применена ЭВМ СМ-2М, работающая совместно с двумя микро-ЭВМ СМ1634. Этот комплекс ЭВМ был более быстродействующим, имел больший объем оперативной памяти и более современные средства ввода и вывода информации. Он проработал 8 лет.

12. Противовесы рефлектора и электродвигатели управляющие наклоном телескопа.

Очередная модернизация была проведена в 1996 г. Система автоматизации была переведена на ЭВМ IBM PC. Структура, в которую вошли три PC, была построена по правилам распределенных вычислительных систем. Это сделало возможным отображать на экране дисплея траекторию движения телескопа, реальные и расчетные координаты, стадии процесса накопления данных наблюдений, текущие и усредненные спектрограммы, другую полезную информацию.

13. Аппаратный зал располагается вот в таком домике.

В результате последней модернизации, проведенной в 2002 году, комплекс автоматизации стал работать на основе сетевой операционной системы Linux. Это позволило интегрировать систему автоматизации РТ-22 в локальную сеть обсерватории и в глобальную сеть Интернет. Стал возможным удаленный режим наблюдений, при котором наблюдателю нет необходимости быть на телескопе. Он может осуществлять процесс наблюдений, находясь на своем рабочем месте, имеющим выход в Интернет. Все перечисленные этапы модернизации системы автоматизации РТ-22 последовательно осуществлялись по инициативе и под непосредственным руководством заведующего лабораторией автоматизации научных исследований С.В. Логвиненко.

14. Вид на рефлектор сзади.

Несмотря на свой почти 50-летний возраст, радиотелескоп РТ-22, благодаря систематической модернизации его антенно-аппаратурного комплекса, продолжает оставаться в строю в качестве действующей уникальной научной установки. Телескоп допускает работу как из первичного, так и из вторичного фокусов. Во вторичном фокусе работают современные высокочувствительные приемники на волны 8 мм и 1.35 см с малошумящими усилителями, охлаждаемыми в системах замкнутого цикла до 20 К. Для проведения спектроскопических исследований телескоп оснащен 2048-канальным цифровым анализатором спектра с шириной полосы анализа от 3,125 до 50 МГц. Спектральный анализ может проводиться в диапазоне частот 34-38 ГГц и 22-25 ГГц. Из первичного фокуса телескоп работает на более длинных волнах, в основном, в сети радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ).

15. Основание телескопа.

Система автоматизации РТ-22, имеющая в своем составе три ЭВМ IBM PC, осуществляет управлением всем процессом наблюдений с выдачей необходимой информации на экран монитора. Проведение наблюдений возможно как непосредственно на радиотелескопе, так и дистанционно через сеть Интернет.

16. Вот он какой, РТ-22.

В настоящее время радиотелескоп РТ-22 позволяет проводить широкий круг радиоастрономических наблюдений. На нем проводятся наблюдения рекомбинационных радиолиний водорода, гелия и углерода, развивающих сделанное ранее открытие этих линий. Осуществляются систематические наблюдения линии водяного пара на волне 1.35 см. а также наблюдения линий некоторых других молекул. В этих наблюдениях помимо сотрудников ПРАО участвуют также астрономы ГАИШ, ИЗМИРАН и других организаций.

Радиотелескоп регулярно работает совместно с рядом зарубежных радиотелескопов в международной системе радиоинтерферометров со сверхдлинными базами (вплоть до размеров земного шара). Это позволяет получать радиоизображения квазаров с рекордным угловым разрешением до десятитысячных долей секунды. В настоящее время РТ-22 дополнительно оснащается оборудованием, позволяющем использовать эту антенну как наземную станцию для приема научной информации с космического радиотелескопа «РадиоАстрон».

Международный проект "РадиоАстрон" предусматривает запуск космического 10-метрового радиотелескопа на высоко-апогейную орбиту спутника Земли с периодом обращения вокруг Земли в 9.5 дней. Апогей орбиты достигнет 390 тысяч километров, т.е. будет практически равен расстоянию до Луны. Целью проекта является создание совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов единой системы наземно-космического интерферометра для исследования объектов Вселенной с исключительно высоким разрешением.

Такой наземно-космический инструмент обеспечит информацию о морфологических характеристиках и координатах галактических и внегалактических радиоисточников с угловым разрешением до 8 микросекунд дуги. Программа «РадиоАстрон» ведется Астрокосмическим центром (АКЦ) Физического Института совместно с другими институтами РАН и организациями РОСАВИАКОСМОСА в широком международном сотрудничестве с участием крупнейших наземных радиотелескопов.

 

Текст взят с сайта обсерватории - prao.ru

Вот и всё. Статья взята с личного блога victorprofessorа http://victorprofessor.livejournal.com/129695.html

Спасибо за внимание.

Мингалиев Марат Габдулович, он может организовать экскурсию? пересылайте адрес:)

Сережа! Вот электронный адрес:
marat [at] sao [dot] ru
Связывайтесь. Можете писать, что адрес получили от меня.
Если хотите, напишу я.

Кстати как раз в этой обсерватории проходит 6 Школа современной астрофизики. Если кому-то будет интересно, вот сайт школы http://school.prao.ru/.

Виктор Михайлович, вы говорили, что знакомы с сотрудниками САО РАН на Кавказе. Так вот, вы не знаете, с кем можно договориться о проведении экскурсии по обсерватории, так как автор этой статьи (как он мне говорил) хочет съездить и написать фотоотчёт по обсерватории, но не знает,с кем можно договориться для этого. Не поможете в этом?

Сережа! На САО я знаю Мингалиева Марата Габдуловича. Он зам. по науке. Я могу ему написать. Только сообщите мне точно, что Вы хотите. Могу переслать Вам электронный адрес его.