Назначение КА
Космический аппарат 'Астрон' предназначен для проведения астрофизических исследо-ваний галактических и внегалактических источников космического излучения.

'Астрон' стал первым отечественный автоматическим космическим аппаратом, спе-циализированным под качественно новую научную программу, включающую в себя:

 исследование в ультрафиолетовом диапазоне волн неподвижных звездных объектов и наблюдения протяженных или перемещающихся по небу источников излучения;
 исследование рентгеновских источников и проведение обзора небесной сферы в рент-геновском диапазоне;
 одновременное проведение наблюдений в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах волн.

Основная цель - восприятие, с выявлением нюансов, и регистрация, в том числе в динамике, космических электромагнитных излучений вне искажающего влияния на них земной атмосферы.
Комплекс научных исследований, проводимых с помощью КА 'Астрон' в ультрафио-летовой и рентгеновской областях электромагнитного излучения, призван обеспечить ре-шение следующего круга проблем:

 исследование межзвездной среды;
 изучение молодых звезд большой массы;
 изучение перемешивания вещества в звездах, установление места протекания ядер-ных реакций;
 изучение нестационарных ядер галактик;
 изучение круговорота материи (звезды - межзвездная среда - звезды);
 обнаружение сверхтяжелых элементов у горячих звезд;
 поиск короткоживущих элементов у звезд;
 определение содержания элементов кислородной группы у звезд;
 изучение состава звездных хромосфер и корон и др.

Программой полета предусмотрено проведение научных исследований в течение 1 года. Запуск КА 'Астрон' осуществлен 23 марта 1983 года.

СРЕДСТВА ВЫВЕДЕНИЯ
Для выведения КА 'Астрон' использована четырехступенчатая ракета-носитель 'Протон-К' в той же комплектации, что и при запуске КА серий М-71, М-73 и 4В.
Стартовая масса РН 'Протон-К' - 690 тонн.

СХЕМА ВЫВЕДЕНИЯ
Схема выведения КА 'Астрон' на рабочую орбиту по последовательности и существу выполняемых операций аналогична схеме выведения КА серий КА М-71, М-73 и 4В.
Отличия заключаются в параметрах промежуточной опорной орбиты (высота апогея ~ 2000 км и наклонение 51,6њ), продолжительности пассивного стабилизированного полета по опорной орбите (~ 70 минут) и назначению орбиты, завершающей этап выведения (ОИСЗ, а не перелетная).
Масса головного блока (блок ДМ + КА 'Астрон') на промежуточной орбите составля-ет ~ 20,64 тонны. Второе включение двигателя блока ДМ обеспечивает перевод КА на целевую орбиту. Управление работой четвертой ступени РН (блок ДМ) обеспечивается системой авто-номного управления космического аппарата.

СХЕМА ПОЛЕТА
Особые требования предъявлялись к формированию рабочей оpбиты космической обсерватории. Программа предполагала возможность проведения исследований практически в лю-бой области небесной сферы, но существовал ряд вполне обоснованных ограничений, лишь при оптимальном соблюдении которых задача становилась выполнимой.
Требование минимального времени нахождения КА в радиационных поясах Земли (то есть ниже 40 тыс. км) и в ее тени диктовалось условиями работы научной аппаратуры. Это, прежде всего, исключало вредное влияние заряженных частиц и сильного свечения геокороны, то есть фоновых засветок от освещенной Солнцем поверхности Земли, на спектральные измерения.
На размеры области небесной сферы, доступной для наблюдений, непосредственное влияние оказывают ограничения, связанные с выбором опорной звезды для ориентации 'Астрона' и возможностью появления помех от Луны и Земли в поле зрения научных приборов.
Еще одно немаловажное требование - увеличение интервалов видимости КА с наземных пунктов управления, расположенных на территории СССР.
В качестве рабочей для 'Астрона' выбрана высокоэллиптическая орбита с высотой в перигее 2000 км, высотой в апогее 200000 км, наклонением 51,5њ и периодом обращения 5880 минут. Орбита подвержена значительным эволюциям, позволяющим свыше 90% времени вести измерения вне тени Земли и ее радиационных поясов (РПЗ), и оптимальна с точки зрения остальных ограничений.

КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ
В качестве базового аппарата для 'Астрона' выбран служебный модуль космических аппаратов серии 'Венера' (4В, 4В1, 4В1М). Такой выбор способствовал успешному решению многих проблем, в том числе:

 служебные модули АКА этой серии надежно функционировали в космосе, следовательно, качественно новая и достаточно сложная научная программа реализовыва-лась на хорошо зарекомендовавшей себя космической технике;
 сократилось время подготовки нового эксперимента, и снизилась стоимость проекта.

Конструкция и структура служебного модуля 'Астрона' по сравнению с базовым существенно изменена. Преобразование межпланетного КА в искусственный спутник Земли привело, прежде всего, к отказу от корректирующе-тормозной двигательной установки, включая, соответственно, ее топливные баки. Но блок баков КТДУ служил основным звеном в силовой схеме конструкции базового аппарата, поэтому для сохранения силовой схемы введен новый конструктивный элемент, повторяющий внешние контуры (геометрию и координаты посадочных мест) блока баков. Эту роль выполнил опорный цилиндр, позволивший объединить в создаваемом КА элементы конструкции 'базы' с новыми, сугубо 'астроновскими'. Внутрь опорного цилиндра вмонтирована цилиндрическая рама с шаробаллонами для содержания запасов рабочего тела (азота) исполнительных органов системы ориентации.

В нижней торцевой части опорного цилиндра с помощью конической проставки крепится торовый приборный отсек. В нем расположены основные служебные системы орбитального модуля. Приборный отсек как по конструкции, так и по расположению внутри него бортовых систем, полностью идентичен своему прототипу с КА серии 'Венера'. На его нижней поверхности размещены элементы крепления к переходной ферме головного блока.

Верхняя торцевая часть опорного цилиндра служит для размещения целевой аппаратуры. Прежде всего, она является местом стыковки, также через коническую проставку, с корпусом ультрафиолетового телескопа (УФТ), а ее внутренняя полость стала местом размещения важнейших регистрирующих и чувствительных узлов телескопа - ультра-фиолетового спектрометра и датчиков положения звезд.
Кроме торового приборного отсека появились еще два приборных контейнера, также герметичные, навесные, расположенные по осям +Y и -Y. В них разместились электронные блоки космической обсерватории. На внутренней раме одного из контейнеров крепится аппаратура приборов СКР-02М, а также два блока электроники УФТ. Внутри второго контейнера размещается аппаратура прибора СКР-01М, а также электроника самого УФТ и вторичного контура управления телескопом.

Снаружи опорного цилиндра крепятся панели солнечных батарей (СБ), антенны и радиаторы системы терморегулирования (СТР). Иначе, чем на 'Венерах', размещены астроприборы системы ориентации.
В отличие от базового аппарата солнечные батареи 'Астрона' имеют увеличенную суммарную площадь в связи с повышенным энергопотреблением научной аппаратуры. Увеличение площади СБ обеспечено за счет ввода откидных панелей. Разработка КА 'Астрон' шла практически одновременно с разработкой КА серии 4В2 ('Венера-15,-16'), по-этому конструкция солнечных батарей на них практически одинаковы.

Раскрытие панелей производится в два этапа: сначала совместно открываются зачекованные между собой основные и откидные панели, а затем - откидные. Общая площадь солнечных батарей - 7 м2. В связи с измененной установкой астроприборов системы ориентации и во избежание попадания элементов конструкции и бликующих помех от них в поле зрения астроприборов угол раскрытия панелей увеличен до 118њ между поверхностью СБ и осью Z или до 28њ между поверхностью СБ и ближайшей осью Y.

Появление на борту дополнительных приборных и конструктивных блоков и узлов, требующих для своего нормального функционирования определенных температурных условий, вызвало необходимость доработки существующей активной газоциркуляционной системы терморегулирования. Они коснулись, прежде всего, конфигурации радиационного теплообменника и контура воздуховодов. В частности, воздуховоды проведены к месту стыка УФТ и опорного цилиндра, обеспечивая его термостабилизацию. Хотя сами радиаторы взяты без изменения с КА 'Венера', но к каждому из трубопроводов холодного кон-тура добавлены излучающие поверхности площадью ~ 3 м2.

Радиатор горячего контура - трубопровод овальной формы, вваѓренный в металлический лист площадью - 0,3 м2. Для увеличения площади поверхности, поглощающей сол-нечную радиацию, использована так называемая сотовая ловушка - экран сотовой конструкции, размещенный над поверхностью радиатора. Радиатор-трубопровод крепится к приборному контейнеру. Для поддержания в заданных пределах температуры элементов конструкции, бортового оборудования и аппаратуры, расположенной вне герметичных отсеков, использована, как и ранее, специальная экранно-вакуумная теплоизоляция (ЭВТИ).

ЭВТИ представляет собой набор экранов - материалов с высокой отражательной способностью, разделенных прокладками из материала с низкой теплопроводностью, облицованных стеклотканью с наружной и перкалью с внутренней стороны.
Конструкция ЭВТИ выполнена в виде отдельных мягких матов и оболочек. Для крепления теплоизоляции, улучшения раскроя и уменьшения ее обжатия предусмотрены жесткие профили.

На КА 'Астрон' установлено четыре антенны дециметрового диапазона и две - малона-правленные сантиметрового диапазона. Все антенны конструктивно выполнены выносными. Приемная дециметровая антенна по оси -Z закреплена на подкосе СБ, а передающая деци-метровая антенна по оси -Z и две передающие антенны сантиметѓрового диапазона по +Z и -Z закреплены на приборном отсеке. Две антенны дециѓметрового диапазона (приемная и пере-дающая) по оси +Z установлеѓны на опорном цилиндре на специальной ферме.

ТЕХНИЧЕСКАЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ НОВИЗНА
Степень развития космического машиностроения в СССР того времени в достаточной степени характеризует высокий уровень научно-технических решений, реализованных как в области создания конструкции космического телескопа, так и в области управления им при его работе.

НПО имени С.А. Лавочкина совместно с Крымской Астрофизической Обсерваторией (КрАО) и при участии Марсельской лаборатории (Франция) разработана уникальная конструкция крупнейшего, на момент запуска, космического телескопа,получившего наименование 'Спика'. УФ-спектрометр, расположенный в фокальной плоскости УФТ, и менисковый телескоп, служащий для отождествления звездных полей, созданы совместно специалистами СССР и Франции.

В конструкции телескопа воплощены новейшие достижения оптики, точной механики, материаловедения и технологии. УФТ 'Спика' - двухзеркальный, зеркала сделаны из ситалла. Ситалл - стеклокристаллический материал*, имеющий практически нулевой коэф-фиѓциент линейного расширения, использован во избежание влияния на работоспособ-ность оптики резких температурных перепадов.

*Ситаллы - стеклокристаллические (микрокристаллические) материалы, получаемые путем направ-ленной (катализированной) кристаллизации стекол специальных составов, протекающей в объеме заранее отформованного изделия.

Главному зеркалу придана форма мениска толщиной 6 см. Применено пленочное (путем на-пыления) двухслойное покрытие рабочей поверхности зеркал: сначала - алюминием, затем - слоем фтористого магния толщиной 250 A для повышения коэффициента отражения в ультрафиолете.

Одна из сложнейших решенных проблем - обеспечение высочайшей стабильности взаим-ного расположения оптических элементов телескопа. С целью ее достижения для конструктивных элементов применен сплав инвар, имеющий весьма малые температурные деформации. Несущий корпус телескопа представляет собой оболочку из алюминиевого сплава, подкрепленную продольными инваровыми лонжеронами, которые соединяют верхний и нижний шпангоуты телескопа. Жесткость и чрезвычайно малый коэффициент линейного расширения лонжеронов обеспечили стабильность взаимного расположения зеркал телескопа. Оболочка, замыкающая лонжероны и шпангоуты, повысила крутильную жесткость корпуса (вокруг продольной оси). Продольной жесткости она лишена посредством кольцевых, глубокотянутых гофров, что позволило исключить какиелибо ее тепловые деформации.
Главное зеркало телескопа закреплено таким образом, чтобы предотвратить возможные деформации оптической поверхности зеркала при деформациях оправы или корпуса телескопа.

Оригинально решена конструкция бленд и диафрагм - элементов телескопа, предохра-няющих зеркала от рассеянного (отраженного) света.
Наземная подготовка оптического прибора столь хорошо продумана и исполнена, что после штатных настроек, осуществленных с Земли, сразу началось выполнение намеченной программы полета. Необходимо напомнить также, что в отличие от космического телескопа Хаббл (Hubble Space Telescope, NASA), проведение никаких ремонтных работ на 'Астроне', при его нахождении на рабочей орбите, уже невозможно.

Космический аппарат 'Астрон' стал первой советской специализированной астрофизической обсерваторией, выведенной на околоземную орбиту и успешно проработавшей более 6 лет. До него на советских космических аппаратах, как пилотируемых, так и беспилотных, проводились отдельные исследовательские работы в отношении астрофизических объек-тов (кроме Солнца), но это была лишь составная, и отнюдь не главная, часть обширных многоплановых и многоцелевых научных программ.

В ходе его орбитальной работы, многократно превысившей запланированное время актив-ного существования, проведены многочисленные наблюдения с помощью ультрафиолетового телескопа 'Спика' и комплекса рентгеновских спектрометров СКР 2М, что дало возможность выйти на мировой уровень исследований рентгеновского и далекого ультрафиолетового излу-чения космических объектов и получить ряд важных научных результатов.

В ходе работы с КА 'Астрон' разработаны и внедрены новые методы и технологии на-блюдений, что позволило провести дополнительно:

 эксперименты, имеющие народнохозяйственное и прикладное значение;
 исследование движущихся объектов - кометы Галлея и Вильсона;
 исследование Сверхновой звезды в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах;
 полный обзор неба в рентгеновском диапазоне, на основании чего составлен каталог рентгеновских источников. Наблюдения кометы Галлея и Сверхновой 1987а проведены в режимах, которые ранее не предусматривались: кометы - с многократным перенацеливанием телескопа; Сверхновой 1987а - с использованием в качестве опорных астрообъектов планет Сатурн и Юпитер. По специально разработанным методикам в интересах различных организаций и ведомств проведены эксперименты, имеющие прикладное значение. Они включали в себя:
 наблюдения Земли из космоса (ночное свечение городов и т.д.);
 изучение озонового слоя атмосферы Земли (вертиѓкальная структура и поиски аномалий) и воздействия на озоновый слой запусков ракет-носителей, включая пуски Шаттла;
 наблюдения искусственных спутников Земли.

НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Работая с внеатмосферной обсерваторией 'Астрон', отечественные исследователи космоса впервые обрели богатый опыт длительных астрофизических наблюдений с борта непилотируемого космического аппарата. По своей результативности этот космический проект считается одним из самых успешных.

Всего исследовано более 200 объектов, в рентѓгеновском диапазоне - свыше 70 различных источников. Часть источников наблюдалась одновременно в рентгеновском и УФ-диапазонах (в частности, Сверхновая 1987а).

Были получены спектры нескольких сотен звезд, нескольких десятков галактик и галактических эмиссионных туманностей, фоновых областей нашей Галактики, а также нескольких комет.
С 1985 по 1986 год наблюдалась динамика комы кометы Галлея, в конце февраля 1987 года зафиксирована вспышка Сверхновой в Большом Магелановом облаке, а 23 декабря 1983 года выполнены наблюдения симбиотической звезды в созвездии Андромеды.

Исследовались: звезды, в том числе, с необычным химическим составом, новые и сверхновые звезды, в частности Сверхновая 1987 года в Большом Магеллановом Облаке; другие галактики; газовые туманности и кометы.
Есть важнейшие достижения в изучении нестационарных явлений (выбросы и поглощение материи, взрывы) в звездах, явлений ключевых для понимания процесса образования газопылевых туманностей.

Проведены многочисленные наблюдения распределения энергии в спектрах звезд; записаны профили спектральных линий, измерены потоки излучения во многих эмиссионных линиях в спектрах диффузионных галактических туманностей. С помощью УФ-спектрометров обнаружены линии, принадлежащие тяжелым элементам, и определено их содержание. В них зафиксирован избыток (в сотни раз больше, чем на Солнце) тяжелых элементов - свинца, вольфрама и урана, наличие и соотношение которых позволяют судить об эволюции объектов.

УФ-наблюдения нестационарных звезд впервые дали возможность непосредственно определить размеры и температуру их горячих компонент. В ходе наблюдений пекулярных галактик (peculiar - особенный, необычный) обнаружен избыток их УФ-излучения, свидетельствующий о высоком содержании очень горячих звезд в их звездном населении.

Проведены уникальные исследования подвижных объектов, таких как кометы Галлея, Вилсона, Соррелса и Бредфильда. Получены многочисленные спектры газовой комы кометы Галлея и ее фотометрические разрезы на разных расстояниях от ядра (в линии гидроксила). Один из важнейших результатов - прямая оценка асимметричности в испарении ядра кометы Галлея на участках орбиты до и после перигелия. Анализ более 200 спектров кометы позволил отождествить основные компоненты излучения в УФ-диапазоне, найти скорость испарения вещества и оценить потерю массы кометы: 400 млн. тонн за одно сближение с Солнцем*. *При размере ядра кометы ~ 9 км время ее оставшейся жизни составляет ~200 тыс. лет.

В течение пяти лет с борта 'Астрона' проводились также исследования астрообъектов с помощью комплекса рентгеновской аппаратуры. Часть представляющих особый интерес источников излучения подвергалась наблюдениям неоднократно. Исследованы - 8 барстеров, 15 рентгеновских пульсаров, 21 сильно переменный источник, 25 слабых источников (в их число входит Сверхновая 1987а, которая наблюдалась в 17 сеансах). Кроме того, ежегодно проводились наблюдения Крабовидной туманности, поток и спектр которой послужили 'эталоном' при обработке результатов других наблюдений.

С помощью СКР 2М удалось дважды зафиксировать так называемый 'быстрый барстер'* в моменты затмения Луны, благодаря чему точно определены его координаты на небесной сфере. Ученые надеются отождествить рентгеновский источник с одной из звезд, исследованных в оптическом диапазоне. *быстрый барстер - двойная звездѓная система, состоящая из нейтѓронной и карликовой звезд Измерены периоды вращения нейтронных звезд в рентгеновских источниках с точностью до 9 знаков, что стало возможным только из-за длительного и непрерывного функционирования КА на орбите. Нейтронная звезда, рентгеновский и радиопульсар в Крабовидной туманности совершает 33 оборота в секунду. Точность измерений позволила за-фиксировать замедление этого движения за 4-5 часов связи. Результаты исследований, выполненные на КА 'Астрон' получили высокую оценку в Академии наук СССР и международной научной общественности.