Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://hea.iki.rssi.ru/SXG/PROJECT/MDD_8_1_ch2.doc Дата изменения: Thu Dec 7 17:26:25 2006 Дата индексирования: Mon Oct 1 22:52:59 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: вторая космическая скорость

усовершенствования в проекте СРГ

1 Проект СРГ 2002-2004 гг.

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.

[pic]

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.

[pic]

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.).


2 СРГ и ФКП-2015

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 2011 г. по причине
окончания гарантийных сроков на приборы.

В этих условиях существует три варианта изготовления/подготовки КНА для
СРГ:

V Сохранить состав научной аппаратуры без изменений (в варианте
2002 г.) с заменой узлов и деталей с вышедшим сроком годности;
V Развивать собственные технологии и приборостроительную базу для
создания конкурентоспособных научных приборов;
V 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).


3 Основные направление модернизации СРГ

V Усовершенствование КНА: установка на СРГ приборов eROSITA, ART-XC, и
Lobster вместо JET-X, MART-LIME и MOXE;
V Выбор околоземной орбиты с минимально возможным наклонением в
качестве основного варианта;
V Проведение наблюдений в режиме сканирования.

4 Комплекс Научной Аппаратуры


1 Замена JET-X на eROSITA

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|54 |12 |
|системе | | |
|Эффективная площадь на 1.5 кэВ|2471 см2 |200 см2 |
|Поле зрения |41((41( |20((20( |
|Угловое разрешение |<15( (1 кэВ) |<15( (1 кэВ) |
|Энергетический диапазон |0.2 - 12 кэВ |0.3 - 10 кэВ |
|Скорость считывания |50 мс |2 c |
|Энергетическое разрешение |130 эВ на 6 |140 эВ на 6 кэВ|
| |кэВ | |
|Диаметр 1 зеркальной системы |358 мм |350 мм |
|Фокальная длина |1600 мм |3500 мм |
|Общий вес инструмента |~600 кг |566 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 2010 г.

Срок изготовления летной модели JET-X - 1998 г.

В июне 2006 г. DLR (Германский аэрокосмический центр) подтвердил высокий
приоритет eROSITA в Германии и готовность финансирования работ на уровне 25
млн. евро, необходимых для разработки и изготовления телескопа, начиная с
2007 года. Общество им. Макса Планка (Немецкая академия наук) выделило MPE
дополнительно 3 млн. евро в 2006 году на работы по зеркалам eROSITA.
Большой технологический задел, собственные бюджетные средства MPE и
финансирование из DLR и Общества им. Макса Планка обеспечивают выполнение
плана-графика по изготовлению телескопа eROSITA к середине 2010 г.

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.


2 Замена MART-LIME на ART-XC

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 |10( (FWHM) |
| |энергии, 9( на | |
| |20 кэВ | |
|Эффективная площадь |(1000 см2 на 30 |1000 см2 на 20 |
| |кэВ |кэВ |
|Отношение эффективной площади |(150 |0.5 |
|к площади детектора на 30 кэВ | | |
|Тип детектора |CZT |МПК (Xe+CH4) |
|Чувствительность за 103 с |2(10-13 эрг с-1 |5(10-12 эрг с-1 |
| |см-2 |см-2 |
|Угловое разрешение |Определяется |12( |
| |полем зрения, 9(| |
| |на 20 кэВ | |
|Общий вес инструмента |(300 кг |175 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 2010 г.


3 Замена MOXE на Lobster

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 |85% неба |
| |каждые 1.5 | |
| |часа | |
|Чувствительность за сутки |0.15 мКраб |4-5 мКраб |
|Угловое разрешение |2-4( |3( |
|Принцип изображения |Фокусирующие |Камера обскура |
| |МКП | |
|Энергетический диапазон |0.1 - 4 кэВ |2 - 12 кэВ |
|Общий вес инструмента |120 кг |138 кг |
|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.



[pic]

Рис. 2.4.1. Сравнение рентгеновских мониторов, в частности Lobster и
MOXE.




4 EUVITA

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.


5 TAUVEX

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.


6 SPIN-X

Широкоугольный рентгеновский монитор «СПИН-Х» (ИКИ РАН, ОКБ «Аалам»,
Бишкек). Совместным решением РАН и Роскосмоса от 2004 г. два готовых модуля
«СПИН-Х1/2» в варианте с газовым детектором МПК переданы для реализации на
российском сегменте МКС в составе эксперимента «Монитор всего неба». В
соответствии с этим же решением ИКИ РАН проводит модернизацию «СПИН-Х» в
части перехода с МПК на детектор из CZT матрицы, что позволит существенно
расширить энергетический диапазон прибора, повысить эффективность
регистрации (( чувствительность) и энергетическое разрешение при сохранении
весовых и габаритных характеристик прибора. В составе КНА СРГ SPIN-X
рассматривается в следующем варианте исполнения:

V 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 2007 г. с учетом предложений по монитору космических
гамма-всплесков GRBM (см. п.3.4).


7 SPIN

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.


5 Орбита

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 600 км с наклонением (29( при запуске
с Байконура ((5( при запуске с Куру) подходит для eROSITA, т.е. околоземная
орбита может быть реализована для СРГ-2011.


6 Режим наблюдений

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%.


7 Научные задачи

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 ( 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).