IlyaBIM (ilyabim) wrote,
IlyaBIM
ilyabim

Category:

Страна телескопов. Про БТА и его соседей.



Этот Новый год мне захотелось провести на природе, попробовать что-то новое. Тут на глаза попалось объявление от Intellect tour о двух новогодних турах: "Новый год под звездами Архыза" и "Новый год в Мурманске". Поскольку полярные сияния в уходящем году неоднократно добирались до Ярославля, выбор был сделан в пользу гор, телескопов и астрофотографии.

Проведя в дороге почти два дня мы добрались из Ярославля до верхней площадки Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук расположенной на Северном Кавказе у подножия горы Пастухова в Зеленчукском районе Карачаево-Черкесской Республики. Здесь расположен БТА (Большой Телескоп Альт-Азимутальный) — крупнейший в Евразии оптический телескоп с диаметром главного монолитного зеркала 6 м. В сегодняшнем посте речь пойдет о БТА и его ближайших соседях.



01. Поселились мы в замечательной гостинице "Андромеда" (строение с балконами, облицованное желтым камнем), находящейся на высоте 2000 метров (над уровнем моря) на одном из отрогов горы Пастухова. От поселка Нижний Архыз сюда ведет извилистая горная дорога длиною 17 км и перепадом высоты около 1000 метров. При бодром подъеме на машине уши слегка закладывает, да.

Три белых купола слева от гостиницы - станция оптических наблюдений искуственных спутников земли "Архыз" (бывший "Космотэн"). Ясными ночами тут устраивается "лазерное шоу" при помощи лазерного локатора Сажень-ТМ. Станция оборудована оптическими телескопами Zeiss-600 M и АТТ-600, а с 2014 года уникальным многоканальным мониторинговым телескопом (ММТ). Сейчас основной задачей станции является отслеживание космического мусора, также она может отслеживать ИСЗ, метеорную активность и метеориды. Однако с вводом в эксплуатацию ММТ станция может изучать подвижные объекты внутри нашей галактики и за ее пределами, тем самым оказав помощь фундаментальной астрофизике.

Вдалеке на вершине горы Чапал виднеется оптическая часть комплекса распознавания космических объектов "Крона", а ниже и в нескольких километрах правее от вершины – радиолокационная. Это объект войск воздушно-космической обороны России. "Крона" распознаёт космические объекты, выявляет их принадлежность, назначение и технические характеристики. Пропускная способность комплекса — 30 000 космических объектов в сутки.

[Подробнее о том, как работает Крона]
Комплекс разрабатывался с 1974 года, в 1994 году поставлен на опытно-боевое дужерство, а в 1999 заступил на боевое.

Принцип работы:


  • РЛС канала «А» (дециметровые волны) обнаруживает спутник, измеряет его характеристики и орбитальные параметры.

  • Затем на спутник наводится РЛС канала «Н» (сантиметровые волны), которая уточняет координаты спутника.

  • Затем лазерный локатор наводится по уточнённым координатам и подсвечивает спутник.

  • Отражённый от спутника лазерный луч улавливает пассивный телескоп-фотометр.

  • Полученное изображение анализируется, определяется назначение спутника, результаты поступают в Центр контроля космического пространства.

Лазерно-оптический локатор на вершине горы Чапал состоит из нескольких каналов.

Приёмный канал — оптический телескоп с остронаправленной блендой, который позволяет получать изображения космических объектов в отражённом солнечном свете на расстоянии до 40 000 км, управляется по заранее заданной программе и сопровождает предварительно выбранные объекты.

Пассивный канал автономного обнаружения космических объектов — автоматически проводит патрульные наблюдения с целью обнаружения ранее неизвестных космических объектов в своей области небесной сферы, определяет их характеристики и передаёт всё это в Центр контроля космического пространства.

Недостаток указанных выше двух каналов в том, что они обрабатывают отражённый от объекта солнечный свет и могут работать только в ночные часы и только при отсутствии облачности.

Приёмо-передающий канал — излучает лазерный луч в сторону космического объекта, принимает и обрабатывает отражённый сигнал. Не зависит от времени суток.

Радиолокационная станция расположена в нескольких километрах от вершины горы Чапал. Её зона действия — верхняя полусфера с радиусом 3500 км. Состоит из двух каналов, работающих в разных диапазонах.

Дециметровый диапазон — канал «А» — приёмо-передающая фазированная антенная решётка апертурой размером 20 × 20 м.
Сантиметровый диапазон — канал «Н» — приёмо-передающая система, состоящая из пяти вращающихся параболических антенн, которые работают по принципу интерферометра, благодаря чему очень точно измеряет параметры орбиты космического объекта.

До распада СССР в составе комплекса «Крона» использовались 3 истребителя-перехватчика МиГ-31Д, вооружённые ракетами 79М6 «Контакт» (с кинетической боевой частью) для уничтожения вражеских спутников на орбите. После развала СССР истребители МиГ-31Д достались Казахстану. Планируется, что Космические войска будут использовать российские МиГ-31. Конструкторское бюро «Факел» ведёт разработку замены для ракет 79М6 «Контакт».

Еще подробнее описано тут.








02. С площадки у гостиницы открывается прекрасный вид на громадину БТА (диаметр зеркала 6 м) и Zeiss-1000 (диаметр зеркала 1 м). БТА расположен на высоте 2070 метров и еще на 53 метра вверх устремляется алюминиевый купол диаметром 45 метров. За куполом виден огромный кран, использовавшийся для строительства купола, монтажа и обслуживания телескопа. Вертикальная конструкция под краном - "кобра", применяется для ремонтных работ на куполе телескопа.
БТА расшифровывается как Большой Телескоп Альт-Азимутальный. Иногда его называют "Архызским" телескопом, но, как мы видим, телескопов (даже оптических) в районе Нижнего Архыза много :) О радиотелескопах РТФ-32 и РАТАН-600 я расскажу отдельно.
Оба телескопа принадлежат Специальной астрофизической обсерватории РАН (САО РАН), в настоящее время являющейся крупнейшим российским астрономическим центром наземных наблюдений за Вселенной.




03. БТА являлся самым большим телескопом в мире с 1975 года, когда он превзошёл пятиметровый телескоп Хейла в Паломарской обсерватории, и по 1993, когда заработал десятиметровый телескоп Обсерватории Кека. Тем не менее, БТА оставался телескопом с крупнейшим в мире монолитным зеркалом вплоть до 1998 года. По сей день купол БТА является крупнейшим астрономическим куполом в мире. Забрало, весом 32 тонны, полностью открывается за 25 минут, оставляя в куполе проем шириной 11 метров.




04. Заходим внутрь, на экскурсию. На потолке мозаичное пано с зодиакальными созвездиями. Грустная шутка при пасмурном небе - "только эти звезды вы и сможете сегодня увидеть". А с погодой первые дни нам не очень повезло :(




05. Экскурсию проводят сотрудники обсерватории, люди искренне увлеченные своим делом и очень позитивные. Не знаю имени нашего экскурсовода но он мне запомнился еще и тем что дал пару полезных советов туристического плана (про местные "кафешки" и торговцев медем) а также закончил экскурсию интересными философскими замечаниями о жизни вообще. Мне кажется, что сотрудники тут постигают дзен не хуже тибетских монахов! ;)




06. Итак, сам телескоп. Он установлен на альт-азимутальной монтировке. Масса подвижной части телескопа — около 650 тонн. Общая масса телескопа — около 850 тонн. Нижняя круговая платформа, которую вы видите на фото, может вращаться вокруг своей оси, о том как это технически организовано я расскажу ниже. На платформе стоит "вилка" из двух четырехэтажных колонн (в них расположена различная аппаратура, в частности правую колонну целиком занимает Основной Звёздный Спектрограф). Колонны поддерживают сорокаметровую "трубу" телескопа. На фото мы как раз видим тыльную часть главного зеркала с механизмами разгрузки. Вес зеркала настолько велик, что при любых перемещениях, оно меняет свою форму, деформируется, искривляется. Для предотвращения потери формы с нижней стороны зеркала просверлено 66 глухих отверстий. В них установлены специальные рычажные механизмы разгрузки, которые как бы поддерживают каждую часть зеркала изнутри. Они работают при любых наклонах зеркала и предотвращают его искривление.




07. БТА это телескоп-рефлектор. Главное зеркало (закрыто белыми ламелями, т.к. сейчас день и наблюдения не ведутся) диаметром 605 см имеет форму параболоида вращения. Фокусное расстояние зеркала 24 метра, вес зеркала без учёта оправы — 42 тонны. Чтобы зеркало лучше отражало свет, на него в вакууме напыляют тончайший слой алюминия. Раз в несколько лет эту процедуру необходимо повторять.
[История изготовления и транспортировки главного зеркала]

На Лыткаринском заводе оптического стекла в 1963-1974 годах было изготовлено параболическое зеркало. В специально построенной регенеративной ванной печи при строго определенной температуре в 1600 градусов почти 2 года шел процесс варки стекла и отливки заготовки (до 20 ноября 1964 года). Заготовка остывала также свыше 2 лет (736 суток, до 5 декабря 1966 года), что позволило избежать возникновения микротрещин. Затем начался трудоемкий процесс ее обработки. Ее вес составлял 70 тонн. Предварительная обработка осуществлялась силами Лыткаринского завода, после чего из 2 имевшихся заготовок была выбрана лучшая. 4 сентября 1970 года заготовка была принята специальной комиссией под руководством академика Л.А. Арцимовича. Окончательную шлифовку и полировку зеркала осуществляла команда рабочих-оптиков ЛОМО высочайшей квалификации под руководством Г.И. Амура. Для этого был создан специальный станок, построенный на Коломенском заводе тяжелого станкостроения. В июне 1974 года зеркало было готово для проведения аттестации. 10 июля межведомственная комиссия под председательством академика А.М. Прохорова приняло зеркало для последующей его установки на телескоп.

К моменту, когда зеркало было принято межведомственной комиссией, близ станицы Зеленчукской на отроге горе Пастухова на высоте 2110 м над уровнем моря уже высилась башня для размещения телескопа и полным ходом велась сборка огромного прибора. Здесь была основана Специальная астрофизическая обсерватория (САО). Башня была также построена с учетом ряда особых условий - соблюдения строжайшего термостатического режима, создания оптимальной с точки зрения аэродинамики формы здания и защиты подкупольного пространства от прямых солнечных лучей и атмосферных осадков.

Сборка телескопа заняла 4 года (1970-1974). Летом семьдесят четвертого главное зеркало отправилось в путь продолжительностью почти 2 месяца - сначала на баржах по воде, потом по суше, в том числе по специально построенной горной дороге. 3 ноября телескоп был передан в пробную эксплуатацию, а год спустя, 30 декабря 1975 года, БТА был принят Государственной межведомственной комиссией с оценкой "отлично". Таким образом, для изготовления гигантского телескопа потребовалось 15 лет. Это сравнительно немного - США создавали свой прибор с 5-метровым зеркалом 22 года.






08. Свет от зеркала собирается, концентрируется и отражается в верхнюю часть телескопа, где расположено первичное приемное устройство (черный "стакан"). Фокусное расстояние телескопа в итоге — 24 метра. Но если использовать дополнительное зеркало, отбрасывающее свет назад, а потом в один из боковых фокусов, то фокусное расстояние увеличивается до 180 метров.

Кстати, раньше в "стакане" сидел астроном, выполнявший наблюдения и фиксацию изображения на фотопластины. Теперь вместо человека там электроника. И это хорошо еще и потому, что температура внутри купола стабилизируется системой вентиляции и кондиционирования и приводится к ожидаемой температуре ночного воздуха еще до открытия забрала. То есть если снаружи - 15, то и внутри будет - 15. Никаких обогревателей, т.к. это моментально внесет искажения в получаемое изображение.

По периметру купола как раз видны системы кондиционирования и вентиляции. Внизу за стеклянными окнами старый зал управления. Сейчас он не используется и изнутри выглядит как тепло и лампово, вызывая в памяти ассоциации со Стар-Треком. Фото пульта с кнопками я сейчас вставить не смогу. Современное управление осуществляется с одного компьютера.




09. После осмотра "вершины айсберга", нас провели на нижние этажи и показали механизмы, обеспечивающие вращение телескопа. Телескоп закреплен на опорно-поворотной платформе с девятиметровой вертикальной осью. Верхняя часть платформы - круг диаметром 12 метром (на снимках выше), переходит в сферическое кольцо, которое выполняет роль подшипника. Покоится сферическое кольцо на опорах жидкостного трения, трех жестких и трех подпружиненных.




10. Благодаря специальной конструкции гидравлических опор БТА как бы "плавает" на тончайшей масляной подушке толщиной 0,1 мм, и человек в состоянии повернуть его вокруг своей оси. На площадке опорно-поворотной платформы также расположены двигатели лифтов колонн и маслопроводы систем наклона телескопа. Вращение "трубы" телескопа по горизонтальной оси, ее наклон, обеспечивается таким же образом.




11. Помещение масляной станции - системы маслопитания телескопа, можно сказать, это сердце всей конструкции. Основные и резервные насосы нагнетают масло в каналы опор-подушек под давлением около 70 атмосфер. (Да, это тазик. С маслом. Нет, синей изоленты не видел.)




12. Этажом ниже расположен привод вращения. Это два колеса для обеспечения слежения за объектами сразу в двух плоскостях. Уникальная высокоточная червячная пара диаметром почти 6 метров обеспечивают перемещение подвижной части телескопа с точностью до десятых долей угловой секунды.




13. Модернизированные цифровые контроллеры управления двигателями обеспечивают высокую точность. А когда-то тут было аналоговое оборудование.




14. Еще ниже - нижний блок подшипников, которые фиксируют ось - "пята" телескопа. Однако, вся конструкция на ней не стоит, нет. "Пята" ориентирует ее по вертикали. Фундамент телескопа отделен от общего фундамента башни, чтобы избежать лишних вибраций.




15. На следующий день погода стала еще "круче", зато появилась возможность походить по округе, порадоваться снегу и сделать несколько атмосферных фото.
БТА, кран и "кобра" и человек для оценки масштаба.




16. Учитывая, что в Ярославле на этот момент снега не было, а в Ростове на Дону вообще местами зеленела трава, снегу все очень обрадовались. Тем более, что на смену снегопаду должно прийти ясное небо и можно будет позаниматься астрофотографией. Вид на купол БТА от начала лестницы.




17. Мороз и солнце! Сходили на Звездный холм. Оттуда тоже красивый вид на обсерваторию. Средних размеров здание с куполом справа от БТА - телескоп Zeiss-1000, что скрывают маленькие купола правее него я не знаю, может, телескоп Zeiss-600 или какой-то еще?




18. Кстати, телескоп боится туч. На такой высоте облака плавают и на уровне башни. Если вдруг в раскрытое забрало купола заглянет туча, то будет плохо - всё мигом станет мокрым: купол, конструкция телескопа, приборы, а главное – главное зеркало. Телескоп на длительное время выйдет из строя, а допустить такого нельзя. Поскольку тучу не остановишь и 32-х тонное забрало башни быстро не закроешь, астрономы ждут чтоб облачность на уровнях телескопа полностью рассеялась.




19. Небо проясняется, но туч еще слишком много, поэтому БТА "спит". Орион тоже слегка укрылся "одеялом".




20. Наконец-то выдалась ясная ночь. Забрало открыто, свет внутри выключен: идут наблюдения!




30. Картинка эффектная из-за подсветки внутри купола, но наблюдения в этот момент не ведутся, происходят какие-то технические работы, настройка.
БТА является телескопом мирового класса. Большая светособирающая способность телескопа дает возможность проводить исследование структуры, физической природы и эволюции внегалактических объектов, детальное изучение физических характеристик и химического состава пекулярных, нестационарных и магнитных звезд, исследование процессов звездообразования и эволюции звезд, изучение поверхностей и химического состава атмосфер планет, траекторные измерения искусственных небесных тел на больших расстояниях от Земли и многое другое. С его помощью были проведены многочисленные уникальные исследования космического пространства: изучены самые далекие из наблюдавшихся когда-либо с Земли галактик, оценена масса местного объема Вселенной, разгадано множество других загадок космоса. Петербургский ученый Дмитрий Вышелович с помощью БТА искал ответ на вопрос, дрейфуют ли фундаментальные постоянные во Вселенной. По итогам наблюдений он сделал важнейшие открытия. Отечественные телескопостроители и ученые накопили благодаря БТА огромный опыт, позволивший открыть пути к новым технологиям изучения Вселенной.




31. Я очень рад, что смог своими глазами увидеть БТА, рад что это творение инженерной мысли своего времени до сих пор в строю, модернизируется и развивается. Пусть на жзненном пути телескопа были неудачи, пусть сам телеском родился из спорной идеи "догнать и перегнать Америку", пусть сейчас появились более мощные приборы, это нисколько не умаляет его значения и уникальности, труда всех людей участвовавших в его создании и работавших на нем. Есть что-то медитационное в том, когда сидишь на лавочке перед куполом БТА, смотришь на него, на горы вокруг, на небо, слушаешь шум работы его механизмов на фоне звенящей тишины...




В завершение поста, старый документальный фильм о строительстве и принципах работы БТА:




Tags: астрономия, зима, путешествия, техника
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 15 comments