Радиоастрономическая обсерватория "Зеленчукская" - второй из трех наблюдательных пунктов радиоинтерферометрической сети "Квазар-КВО", который был в 2001г. принят в опытную, а в 2002г. - введен в штатную эксплуатацию.
Радиоастрономическая обсерватория "Зеленчукская" расположена в Зеленчукском районе Карачаево-Черкесской Республики
( φ=43°47′, λ=41°34′, h=1175m )
Фотографии обсерватории
Основным элементом
радиоастрономической обсерватории является полноповоротный прецизионный радиотелескоп с диаметром главного зеркала 32м., который во многих отношениях является оптимальным при осуществлении астрометрических и геодинамических наблюдательных программ.
Антенна радиотелескопа построена по модифицированной схеме Кассегрена с главным квазипараболическим зеркалом с фокусным расстоянием 11,4 м и вторичным зеркалом - контррефлектором,
представляющим собой модифицированный гиперболоид диаметром 4м и имеющим одну плоскость симметрии. В отличие от радиотелескопа радиоастрономической обсерватории "Светлое" радиотелескоп обсерватории "Зеленчукская" не имеет азимутальной кабины.
Вторичная система с контррефлектором |
| 1. Вторичное зеркало-контррефлектор.
2. Подвеска контррефлектора. |
Подвеска контррефлектора дает возможность перемещать его по трем осям - двум в плоскости симметрии, параллельной раскрыву зеркала, одной - вдоль оси главного зеркала, а также вращать его вокруг фокальной оси. Несимметричное вторичное зеркало фокусирует принимаемое излучение в стороне от электрической оси антенны, и при его вращении фокальная точка описывает окружность. На этой окружности располагаются рупорные облучатели для разных длин волн, и, таким образом, быстрый переход с одной волны на другую осуществляется простым поворотом вторичного зеркала на заданный угол. Рупора герметизированы радиопрозрачной пленкой и внутри них поддерживается небольшое избыточное давление сухого воздуха, подаваемого устройством воздухонаполнения, размещенном в надзеркальной кабине радиотелескопа.
Движение антенны по азимуту осуществляется по рельсовому кольцевому пути диаметром 40 метров. В соответствии с этим ходовая часть азимутального привода выполнена в виде дискретно-фрикционной многоприводной системы, состоящей из четырех спаренных ходовых тележек. Движение антенны по углу места осуществляется с помощью зубчатого венца.
 |  |
| Зубчатый венец | Ходовая тележка азимутального вращения |
Движение антенны по азимуту и углу места обеспечивается двумя группами приводов - приводом большой скорости, предназначенным для быстрого переброса антенны с одного радиоисточника на другой, а также для наблюдений быстро движущихся радиоисточников и приводом малой скорости, который позволяет осуществлять программное сопровождение радиоисточников с высокой точностью.
Приводы расположены в специальной кабине, расположенной в помещении кабельной петли.
 |
 |
| Помещение кабельной петли |
Электроприводы азимутального и угломестного вращения |
| | 1. Аппаратура системы наведения
2. Аппаратура системы наведения контррефлектора
3. Стойка возбуждения двигателей
4. Стойки тиристорных преобразователе
5. Шкаф защиты двигателей
|
Основные механические характеристики антенны
| Диапазон скоростей: | |
| по углу места | от 0º до 1º в секунду |
| по азимуту | от 0º до 1.6º в секунду |
| Диапазон ускорений: | |
| по углу места | не более 0.8º/сек2 |
| по азимуту | не более 0.8º/сек2 |
| Пределы поворота: | |
| по углу места | от -1.5º до +91º |
| по азимуту | от +270º до - 270º |
| Рабочее состояние при скорости ветра | до 20 м/сек |
Отсчетными устройствами угловых координат при наведении антенны являются индуктосины, размещенные на валах подшипников угломестного и азимутального вращения. Соосно с колонной азимутальных индуктосинов находится оголовок закрепленной в земле сваи, фиксирующий центр вращения радиотелескопа - его геодезический центр.
 |
| "Блок" отсчетных устройств азимутального вращения |
| 1. Колонна индуктосина 2-3. Индуктосины - рабочий и резервный. |
Цифровая система контроля и управления радиотелескопом, разработанная на базе компьютерных плат Octagon и Fastwell с программным обеспечением в операционной среде Linux, обеспечивает наблюдения медленных (естественных) и быстрых (искусственных) радиоисточников с точностью не хуже 2 секунд дуги. Цифровая система реализует алгоритм управления ("ПИД-алгоритм"), благодаря которому радиотелескоп с массой более 700 тонн движется энергично и без заметных автоколебаний системы.
Рабочая станция контроля и управления
Основным аппаратным средством радиотелескопа, обеспечивающим его чувствительность
по потоку, является высокочувствительный криогенный приемный СВЧ-комплекс. Он представляет из себя пять двухканальных (правой и левой поляризаций) приемных устройств
на волны 1.35см., 3.5см., 6.2см., 13см. и 18-21см. Для высокоточных позиционных наблюдений в радиоинтерферометрическом режиме используются приемники на волны 3.5см и 13см (X- и S-диапазоны). В этих диапазонах осуществляется одновременный прием с помощью совмещенного облучателя в виде синфазного биконического рупора. 
Приемники на волны 6.2 см и 1.35 см и рупор на волну 2.6 см |
Приемники на волны
3.5 см и 13 см |
Приемник на волны
18 - 21 см
|
Для реализации низких шумовых температур системы "радиотелескоп-радиометр" усилительные устройства приемников всех диапазонов располагаются в криостате и охлаждаются до температуры 20 К ("водородный уровень"). Для криостатирования усилителей используются двухступенчатые микрокриогенные системы замкнутого цикла, расположенные в кабине компрессорных установок. В вакуумной полости криостата, помимо собственно усилителей, выполненных на НЕМТ-транзисторах, расположена часть входных трактов (поляризаторы, анализаторы и вентили), что позволяет снизить шумовую температуру приемников практически до предельно низкого уровня.
Шумовые температуры приемных устройств на фланцах криоблока составляют от 8 К на волнах 21/18 см и 6 см до 20 К на волне 1.35 см.
Газораспределительные панели МКС |
Компрессор МКС |
Кабина компрессорных установок |
В надзеркальной кабине размещена коммутационная матрица, на входе которой подключены 10 радиочастотных кабелей промежуточной частоты от 5 приемников (с левой и правой поляризациями), а на выходе - 4 канала промежуточной частоты, позволяющие передавать сигналы X- и S-диапазонов или других диапазонов в двух поляризациях через коммутационный шкаф в пультовой обсерватории.
 |  |
| Коммутационная матрица | Коммутационный шкаф |
Система частотно-временной синхронизации разработана как единая интегрированная система и состоит из:
- хранителя времени и частоты на базе водородных стандартов частоты
Ч1-80 и Ч1-80М;
-
средств временной привязки (тайминга) РСДБ наблюдений
по сигналам спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС
с точностью не хуже 50нс на базе ГНСС приемника ПС-161 (производства ОАО РИРВ, Санкт-Петербург);
- буферных усилителей опорных сигналов 5МГц и фазостабильных линий их передачи;
- аппаратуры контроля и измерения параметров высокостабильных сигналов;
- комплекта синхронизируемых СВЧ-гетеродинов с частотами 1.26, 2.02, 4.5, 8.08 и 22.92 ГГц;
- средств фазовой калибровки приемопреобразующего тракта на базе генератора пикосекундных импульсов
с длительностью 25-50 пс, амплитудой около 1В и частотой следования 1МГц и системы контроля электрической длины кабеля .
Шкала времени обсерватории формируется при помощи прибора Ч7-37,
который синхронизируется высокостабильным сигналом 5 МГц от
водородного стандарта частоты. Для контроля расхождения местной
шкалы времени (T обсерватории) и UTC используется GPS/ГЛОНАСС
приемник типа ПС161.
 |
 |
| Помещение эталона времени и частоты |
1. Буферные усилители опорных сигналов 5 МГц
2. Водородные стандарты времени и частоты |
ПС-161- приемник синхронизирующий
спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS |
Антенный блок генератора
пикосекундных импульсов |
|
Измеритель электрической длины кабеля в сборе с блоком питания.
|
Коаксиальные кабели для передачи сигналов промежуточной частоты, опорных сигналов времени и частоты, а также кабели сигналов управления расположены в кабельном канале.
 |
| Кабельный канал |
Кабельный канал соединяет радиотелескоп с помещением стандарта времени и частоты и пультовой обсерватории, которые расположены в лабораторном корпусе.
Система преобразования, форматирования и регистрации радиометрических и радиоинтерферометрических сигналов работает в базовой полосе промежуточных частот 100-1000 МГц.
Радиометрический модуль, содержащий четыре измерительных канала, соединенных через многоканальный аналого-цифровой преобразователь напряжения с процессором управления, дает возможность проводить точные радиометрические измерения одновременно в двух диапазонах частот по двум поляризациям радиоизлучения. Модуль работает как в модуляционном радиометрическом режиме, так и в режиме компенсационной радиометрии, совместимом с радиоинтерферометрическими наблюдениями.
Четырехканальный радиометрический модуль
Регистрация сигналов в радиоинтерферометрическом режиме обеспечивается
системой записи.
Mark5B+
на магнитные диски (Mark5B+ - 2Гбит/c).
В обсерватории используется отечественная система преобразования сигналов
Р1002М,
промышленный образец которого был настроен, испытан и запущен в эксплуатацию в 2011 г.
 |
| Общий вид стоек с аппаратурой преобразования и регистрации сигналов в обсерватории "Зеленчукская" |
| I. - стойка частотно-временной синхронизации |
II. - 4-х канальный радиметрический модуль, распределитель ПЧ |
III. - Система регистрации сигналов |
-
Блок управления БСК(блоками сетевой коммутации).
- Блок управления гетеродинами.
- Анализатор спектра.
- Синхронометр (формирователь шкалы времени).
- Индикатор времени и измерители временных интервалов.
- Система измерения электрической длины кабеля.
- Усилитель-распределитель сигналов 1 Гц Symmetricom.
- Усилитель распределитель сигнала 5 МГц.
|
- Анализатор спектра.
- Двухканальная СПС.
- Блок питания ПРМ
- ПРМ (Программируемый радиометрический модуль).
- Компьютер ПРМ
- Компьютер GPS.
- Распределитель промежуточной частоты.
- Квантователь двухбитовый.
|
-
Цифроаналоговый преобразователь
(
для контроля сигнала на выходе видеоконверторов).
- Система преобразования сигналов
(СПС) Р1002 (16 каналов).
- Система регистрации Mark5B+.
- Модули для Mark5B+.
- Источник беcперебойного питания.
|
 |
| Пультовая обсерватории |
1. Монитор контроля приемных устройств; 2. Field System; 3. Консоль оператора наведения; 4. Видеомонитор контроля территории. Метеопараметры |
Электроснабжение обсерватории осуществляется по двум независимым высоковольтным линиям 10 кВ. В качестве резервных источников электропитания для поддержки стандарта времени и частоты, компрессорных установок малощумящего приемного СВЧ-комплекса, информационно-телекоммуникационных систем и пожарно-охранной сигнализации используются:
- источник бесперебойного питания (ИБП) GALAXY 3000 с батареей на 33 минуты автономной работы мощностью 20 кВА (Франция, фирма MGE);
- дизель-генераторная установка мощностью 30 кВА (Италия, фирма Spark Energy).
 |  |
| ИБП GALAXY 3000 | Дизель-генератор |
Для получения метеоданных в реальном масштабе времени используется автоматическая цифровая метеостанция WXT510 (Vaisala), содержащая каналы измерения скорости ветра V и его направления D, температуры воздуха t, относительной влажности воздуха Hu и атмосферного давления Р. Датчики метеостанции установлены на высоте 15м от земли, что позволяет избежать ошибок в измерении скорости ветра в связи с изменением температуры и влажности вблизи поверхности земли. Автоматическая метеостанция подключена к отдельному компьютеру, с помощью которого проводится автоматическая обработка измеряемых метеопараметров, выведение их на панель оператора и ведение базы метеоданных
Наружный блок автоматической метеостанции.
Диапазоны и погрешности измерений метеоданных
| Характеристика |
V, м/с |
D, град |
t, град С |
Hu, % |
P,мм. рт. ст. |
|---|
| Диапазон |
0÷60 |
0÷360 |
-50÷+60 |
0÷100 |
450÷825 |
| Погрешность |
±0.3 |
±2 |
±0.3 |
±3 |
±0.4 |
На обсерватории
в 1997г. был установлен геодезический GPS-приемник
Rogue SNR-8000. С этого момента станция входит в состав европейской
геодинамической сети EPN (Europian Permanent GPS Network)
и в глобальную сеть IGS (International GPS Service)
и носит название ZECK (по каталогам IGS и IERS - International
Earth Rotation and Reference Systems Service).
С 2001 г. по 2005 г. GPS-наблюдения проводились с помощью
приемника AOA SNR-8000 ACT c антенной AOAD/M_T,
а с 2006 г. более современным GPS-приемником
ASHTECH Z-XII3 с антенной ASH700936D_M.
В рамках работ по модернизации комплекса "Квазар-КВО" в июле 2010 г.
на обсерватории установлен совмещенный GPS/ГЛОНАСС-приемник фирмы Javad GNSS Delta-G3T
с антенной RingAnt-DM. Антенна типа Dorne-Margolin/Choke Ring, снабженная
радиопрозрачным колпаком (радомом), установлена на крыше лабораторного корпуса
на геодезическом пилоне типового проекта. 216-канальный приемник Delta-G3T
обеспечивает фазовые и кодовые измерения на частотах L1, L2 и L5 одновременно
по всем находящимся в зоне видимости (режим "all in view") спутникам
навигационных систем ГЛОНАСС и GPS, а в перспективе - и системы Galileo.
Приемник подключен к водородному стандарту частоты обсерватории (5 МГЦ).
Для управления приемником используется программа PC-View, которая контролирует
процесс наблюдений, автоматически каждый час выгружает из приемника файлы
наблюдений и конвертирует их в RINEX-формат.
Файлы наблюдений архивируются и отправляются в центр анализа данных ИПА РАН.
Антенна Javad RingAnt-DM |
Трехсистемный приемник Javad Delta-G3T |
В обсерватории в мае 2011 г. была установлена квантово-оптическая система
(КОС) "Сажень-ТМ-БИС" производства ОАО "Научно-производственная корпорация
"Системы прецизионного приборостроения". КОС предназначена для определения
дальности и угловых координат геодезических и навигационных космических
аппаратов (Lageos 1, Lageos 2, ГЛОНАСС и т.д.) с целью получения высокоточных
данных, необходимых для определения параметров вращения Земли и геоцентра.
 |  |
| Общий вид лазерного дальномера "Сажень-ТМ-БИС" |
Внешний вид оборудования, установленного в укрытии:
1 – приемо-передающий объектив;
2 – объектив гида с ночной камерой;
3 – опорно-поворотное устройство |
Основные технические характеристики КОС "Сажень-TM-БИС"
| Высоты лоцируемых спутников: | |
|---|
| – дневное время | 400-6000 км |
|---|
| – ночное время | 400-23000 км |
|---|
| Апертура оптической системы | 25 см |
|---|
| Длина волны | 532 нм |
|---|
| Частота импульсов | 300 Гц |
|---|
| Длительность импульса | 150 пс |
|---|
| Энергия импульса | 2.5 мДж |
|---|
| Масса | 170 кг |
|---|
| Точность нормальных точек | 1 см |
|---|
| Точность угловых измерений | 1-2" |
|---|
| Расходимость лазерного луча | 5"
|
|---|
Составные части КОС расположены как в операторской, так и в специально
возведенном укрытии. Укрытие представляет собой 16-футовый купол производства
фирмы "AstroHaven" установленный на цоколь высотой 3 метра. Посередине укрытия,
на развязанном фундаменте, установлен бетонный пилон. В пилон вмонтирована
закладная деталь, на которую установлено опорно-поворотное устройство (ОПУ).
На ОПУ крепятся приемо-передающий объектив, объектив гида с ночной камерой,
лазерный излучатель, голографический фильтр и т.д.
На стенке цоколя установлена мачта, к которой крепятся метеостанция. На крыше лабораторного корпуса установлены антенны приемников ГЛОНАСС/GPS.
 |
| Локация спутников лазерным дальномером |
В операторской установлены две стойки с оборудованием КОС, три монитора
и органы управления. В первой стойке размещены компьютеры системы наведения
(СН) и телевизионного автомата (ТВА), блок управления приводами, приемники
ГЛОНАСС/GPS, источник бесперебойного питания. Во второй стойке расположены
компьютер системы измерения дальности (СИД), блок накачки лазера, блоки
управления
камерами и оптическими элементами, источник бесперебойного питания.
 |
| Рабочее место оператора |
Радиометр водяного пара (РВП) предназначен для измерения яркостной температуры (Я.т.) излучения атмосферы на двух частотах К и Ка диапазона длин волн.
По результатам измерений проводится оценка параметров нижних слоев: влажностной компоненты тропосферной задержки(ВТЗ) распространения
радиосигнала, интегрального влагосодержания(кг/м 2) и водосодержания (кг/м 2) на луче зрения антенны. РВП работает круглосуточно и
выдает данные о параметрах тропосферы с задержкой не более пяти минут и разрешением до 10 с. (Данные наблюдений доступны
здесь.)
В настоящее время в обсерватории работает комплекс РВП, включающий сам прибор, а также дополнительные
средства измерения – температурный профилемер МТР-5 и метеостанцию- МК-15.
Принцип действия РВП заключается в следующем. Тепловое излучение атмосферы, интенсивность которого пропорциональна яркостной
температуре атмосферы, принимается рупорно-линзовыми антеннами и подается на входы радиометрических блоков. Радиометрические блоки
преобразуют входные сигналы от рупорно-линзовых антенн в сигналы промежуточных частот и обеспечивают их усиление и фильтрацию, а так же производят детектирование сигналов промежуточных частот, их аналого-цифровое преобразование и передачу данных по каналам связи в ПЭВМ. Результаты измерений обрабатываются в ПЭВМ с использованием специального
программного обеспечения и преобразуются в значения Я.т. атмосферы, ВТЗ, интегрального влагосодержания и водосодержания.
Локальная геодезическая сеть (ЛГС) обсерватории предназначена для мониторинга смещения опорных точек радиотелескопа и GPS-антенны, вызываемых деформациями конструкций инструментов и местными грунтовыми подвижками. Геодезические столбы, на которых расположены GPS-антенны и основные наземные марки, снабжены унифицированными оголовками из нержавеющей стали с резьбовым элементом для принудительной центровки.
План ЛГС обсерватории "Зеленчукская" |
Показаны марки, расположенные на крыше лабораторного здания (201 - ZECK, точка к которой относятся GPS-наблюдения, 207, 208 - марки, использующиеся для эпизодических специальных измерений), 210 - опорная точка радиотелескопа (точка пересечения азимутальной и угломестной осей), 211 - точка пересечения платформы с вертикальной осью, 202, 203, 204, 205, - наземные марки ЛГС, расположенные на геодезических столбах высотой 0.8-1.2 м над уровнем земли, марка 212 расположена на уровне земли на бетонной платформе. |
Реперный столб 640x480> |
Обсерватория имеет локальную вычислительную сеть (ЛВС)
в стандартах Fast Ethernet и Gigabit Ethernet с выделенным UNIX-сервером, объединяющую 15 рабочих
станций.
Обсерватория соединена волоконно-оптической линией связи (ВОЛС)
с магистральной линией связи компании "Ростелеком"
в узле связи в станице Зеленчукская и далее через сеть Интернет
с ИПА РАН в Санкт-Петербурге. В настоящее время пропускная
способность ВОЛС - 10 Мбит/c.
Обсерватория с 2009 года участвует в регулярных наблюдениях (часовая сессия)
по Российским программам (Ru-UT) для определения поправок Всемирного времени
в режиме е-РСДБ. Передача данных наблюдений в этом режиме осуществляется
по отдельному высокоскоростному каналу связи 1Гбит/с.
Установленное в обсерватории и в узле доступа "Ростелеком" в станице Зеленчукская оборудование обеспечивают обмен данными,
выход в Интернет, проведение видеоконференций, оперативную телефонную связь с ИПА РАН в Санкт-Петербурге
и обсерваториями "Светлое" и "Бадары" в технологии VoIP, а также удаленное наблюдение за радиотелескопами и
РВП в режиме реального времени.
| Адрес: | 369140, Карачаево-Черкесская Республика,
ст. Зеленчукская, ул Калинина, д. 1а
|
| Телефон: | (878-78) 5-34-02, 5-29-70 |
| E-mail: | ipazel@mail.svkchr.ru
|
|
