усовершенствования в проекте СРГ

1.1                  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.

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.).

1.2                  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:

ü        Сохранить состав научной аппаратуры без изменений (в варианте 2002 г.) с заменой узлов и деталей с вышедшим сроком годности;

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).

1.3                  Основные направление модернизации СРГ

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.

1.4                  Комплекс Научной Аппаратуры

1.4.1                     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:

 

 

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.

1.4.2                     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:

 

 

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.

1.4.3                     Замена MOXE на Lobster

Рентгеновский монитор всего неба Lobster (Великобритания) заменит монитор MOXE (США), изготовленный в 1996-97 гг. Сравнительные характеристики двух телескопов:

 

 

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.

 

1.4.4                     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.

1.4.5                     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.

1.4.6                     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 (Þ чувствительность) и энергетическое разрешение при сохранении весовых и габаритных характеристик прибора. В составе КНА СРГ SPIN-X рассматривается в следующем варианте исполнения:

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

1.4.7                     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.

1.5                  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 £29њ при запуске с Байконура (£5њ при запуске с Куру) подходит для eROSITA, т.е. околоземная орбита может быть реализована для СРГ-2011.

1.6                  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%.

1.7                  Научные задачи

С обновленной научной аппаратурой, околоземной орбитой с наклонением £29њ 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).