РАТАН-600 сможет двигаться: masterok

masterok

РАТАН-600 сможет двигаться

Jun 05, 2015 15:58

Крупнейший в мире радиотелескоп РАТАН-600 сможет двигаться после модернизации, на которую Минобрнауки РФ выделит 100 млн рублей. Сейчас телескоп лишь наблюдает объекты, находящиеся в прямом поле его «зрения», не имея функции сопровождения. Об этом сообщил заместитель директора Специальной астрофизической обсерватории Валерий Власюк.
Модернизацию телескопа, как ранее сообщал ТАСС, проведут в ближайшие два года. Акцент будет сделан на обновлении опорно-двигательной системы, которая позволит оперативно регулировать угол наклона щитов радиотелескопа к горизонту.

Также, по словам Власюка, ремонта требуют радиоприемная аппаратура и «кольцевое зеркало диаметром 600 м, состоящее из 895 металлических щитов». Элементы этого «зеркала» должны иметь идеальную форму параболы, но температурные воздействия постепенно искривляют поверхность, поэтому она «требует юстирования и рихтовки». «Зеркалом» у радиотелескопов называют сборную металлическую поверхность, фокусирующую и отражающую радиоволны, уточнил замдиректора САО Марат Мингалиев.

Крупнейший в мире радиотелескоп РАТАН-600 расположен в долине реки Большой Зеленчук, на окраине станицы Зеленчукской (Карачаево-Черкесия) и работает в составе Специальной астрофизической обсерватории РАН. Его строительство началось в 1966 году, а первые наблюдения выполнены в 1977 году. Он внесен в Книгу рекордов Гиннесса как самый крупный в мире рефлекторный (отражающий радиоволны) телескоп. На радиотелескопе проводятся регулярные наблюдения Солнца, исследуются ядра галактик, межзвездная среда, различные активные объекты Вселенной и реликтовый фон.

Давайте узнаем про него подробнее (фотографии совсем разных лет и не характеризуют текущее состояние телескопа) …

Фото 3.

РАТАН-600 до сих пор является крупнейшим в мире рефлекторным зеркалом и основным радиотелескопом России, работающим в центральном «окне прозрачности» земной атмосферы в диапазоне длин волн 1-50 см. РАТАН-600 изначально создавался как инструмент общего пользования, а наблюдательное время распределяется Программным комитетом (КТБТ - Комитетом по Тематике Больших Телескопов при Отделении физических наук РАН), в состав которого входят ведущие астрономы России и стран СНГ. В настоящее время САО РАН является единственным наземным центром астрономических наблюдений в стране и де-факто обеспечивает задачи коллективного доступа всего астрономического сообщества к ресурсам уникальных научных инструментов. Ежегодно на радиотелескопе РАТАН-600 выполняются наблюдения по 20-30 заявкам ученых России, стран СНГ и дальнего зарубежья. Потребность пользователей на телескопное время непрерывно растет - в среднем число заявок на наблюдения на РАТАН-600 втрое превышает возможности. Половина наблюдательного времени на телескопах выделяется для ученых из разных институтов России, до 20% времени предназначается для зарубежных астрономов. Остальное время используется астрономами САО РАН. Телескоп предназначен для исследований астрономических объектов во всем диапазоне расстояний в Метагалактике: - от самых близких - Солнце, солнечного ветра, планет и их спутников в Солнечной системе до самых далеких звездных систем - радиогалактик, квазаров и космического микроволнового фона.

Проф. Хайкиным С.Э. и д.ф.м.н. Кайдановским Н.Л. были первыми, кто предложил принцип создавать антенн переменного профиля для радио-астрономических исследований. После многих лет успешного использования этого принципа на других объектах, было предложено создать более крупный радиотелескоп - РАТАН 600.

Фото 4.

Главными преимуществами радиометрического комплекса РАТАН-600 являются:
•    многочастотность,  с помощью которой  регистрируются мгновенные спектры в широком частотном диапазоне  от 0.6 до 30 ГГц;
•    большое безаберрационное поле;
•    высокая разрешающая способность и высокая чувствительность по яркостной температуре, которые позволяют проводить исследования протяженных структур, таких как флуктуации микроволнового фонового излучения на малых угловых масштабах, недостижимых даже на специализированных  космических аппаратах и наземных инструментах.
Кроме проведения фундаментальных исследований на радиотелескопе РАТАН-600 ведутся аппаратурные разработки в области СВЧ-техники,  цифровой техники. Также проводятся исследования по изучению солнечно-земных связей и развитие методов прогнозирования событий на Солнце; мониторинг и анализ электромагнитных помех в очень широком частотном диапазоне (до 35 ГГц) с целью более эффективного использования радиоэфира, как для фундаментальных, так и прикладных задач.

Фото 5.

Основные характеристики РАТАН-600:
•    Диаметр - 588 м;
•    Полная геометрическая площадь - 12000 м2;
•    Допускается параллельная работа в 4-х независимых секторах с геометрической площадью до 3000 м2  каждый;
•    Предельная разрешающая способность  около двух секунды дуги;
•    Диапазон длин волн  0.850 см;
•    Предельная чувствительность по плотности потока в одном измерении равна  3 мЯн;
•    Оснащён многочастотный комплексом  радиометров, работающей в 40 частотных каналах

Фото 6.

Радиотелескоп состоит:

из двух основных отражателей: кругового и плоского,
и пяти подвижных наблюдательных кабин, перемещающихся по рельсовым путям.

Круговой отражатель представляет собой металлоконструкцию, состоящую из 895 одинаковых, независимых подвижных отражающих элементов высотой 7.4 метра и шириной 2 м. с точной цилиндрической центральной частью высотой 5 м., радиус кривизны отражателя - 290 м. В настоящее время высота щитов кругового отражателя с учетом дополнительных панелей (закрылков) составляет 11.4 м. Отражающие элементы смонтированы на жестком фундаменте и имеют три степени свободы:

поворот вокруг вертикальной оси на +-6 град.,
поворот вокруг горизонтальной оси на 53 град. от вертикали,
радиальное перемещение на 1 метр.

Плоский отражатель (перископическое зеркало) имеет общую длину 400 метров и состоит из 124-х отдельных плоских элементов высотой 8.5 м., установленных на низких тумбах ленточного фундамента. Элементы допускают поворот на 70 град. от вертикали относительно горизонтальной оси, расположенной вблизи уровня земли. Кроме того, отражатель в отдельных случаях ведения наблюдений может быть убран, уложен на землю.Внутреннее пространство антенны расчленено радиальными рельсовыми путями. Пути предназначены для перемещения пяти приемных кабин и направлены радиально от центра антенны под углом 30 град. Радиальная дорога пересекается кольцевым рельсовым путем, проходящим перед щитами антенны. Кольцевая дорога и рельсовые пути на ней предназначены для проезда кранов, ведущих монтажно-демонтажные работы на антенне, и автомашин. Приемные кабины смонтированы на самоходных тележках для передвижения по кольцевым и рельсовым путям. Для перехода кабины с одного пути на другой предусмотрен поворотный круг, расположенный в геометрическом центре телескопа. Ниже приведена схема радиотелескопа РАТАН-600

РАТАН-600 до сих пор является крупнейшим по диаметру в мире рефлекторным зеркалом и основным в России радиотелескопом, работающим в центральном «окне прозрачности» Земной атмосферы в диапазоне длин волн 1-50 см. Радиотелескоп был зарегистрирован в реестре уникальных установок России (№ 01-44) и включен в Книгу рекордов Гинесса как самый крупный в мире рефлекторный радиотелескоп. РАТАН-600 изначально создавался как инструмент общего пользования, а наблюдательное время распределяется Программным комитетом (КТБТ  Комитет по Тематике Больших Телескопов при Отделении физических наук РАН), в состав которого входят ведущие астрономы России и стран СНГ. В настоящее время САО РАН является единственным наземным центром астрономических наблюдений в стране и де-факто обеспечивает задачи коллективного доступа к ресурсам уникальных научных инструментов.

Ежегодно на радиотелескопе РАТАН-600 выполняются наблюдения по 20-25 заявкам ученых России, стран СНГ, дальнего зарубежья. Пользовательский спрос на телескопы САО непрерывно растет - в среднем конкурс по заявкам на РАТАН-600 равен 3:1. Половина наблюдательного времени на телескопах выделяется для ученых из разных институтов России, до 20% времени предназначается для зарубежных астрономов. Остающаяся часть времени используется астрономами САО РАН.Назначение - исследование астрономических объектов. Начиная от самых близких (Солнце и солнечная система: планеты, спутники, солнечный ветер) и кончая самыми удаленными как в пространстве - радиогалактики и квазары, так и во времени - космическое микроволновое фоновое излучение.Международная деятельность САО ведется более чем по 30 постоянным научным темам с коллегами из Германии, Франции, Италии, США, Ирландии, Польши, Китая и других стран. Эти работы включают совместные исследования на телескопах САО, обработку наблюдательных данных, интерпретацию полученных результатов, создание новой приемно-регистрирующей аппаратуры.

На инженерно-научном коллективе обсерватории лежит обязанность поддержания технического состояния и модернизации этих телескопов - ремонтно-профилактических работ существующего оборудования, разработки новых аппаратурно-методических комплексов, создания систем регистрации данных, архивации полученных данных и обеспечения доступа к ним, подготовки научных и инженерных кадров. Основные характеристики РАТАН-600:• Диаметр - 588 м;• Полная геометрическая площадь - 20000 м2;• Допускается параллельная работа в 4-х независимых секторах с геометрической площадью до 4000 м2 каждый;• Предельная разрешающая сила - 1.7 секунды дуги;• Диапазон длин волн 0.850 см;• Предельная чувствительность по плотности потока - 6 мЯн при экспозиции 1сек;•

Фото 7.

Оснащен многочастотной матрицей радиометров, работающей в 40 частотных каналах.Радиотелескоп РАТАН-600 обладает не имеющим аналога большим безаберрационным полем для внедрения идеологии крупных матричных радиометров следующего поколения. Сегодня САО РАН является лидером в внедрении в практику наблюдений на рефлекторных радиотелескопах «прорывной технологии» - многоэлементных матричных радиометров (аналог ПЗС-матриц в оптике, которые совершили революцию в методах оптической астрономии). Накопленный десятилетиями опыт создания радиометров предельной чувствительности позволил, внедряя новые технологии, повышать потенциал РАТАН-600 на порядки выше первоначального проекта.

Чувствительность многих радиометров оказалась выше зарубежных при тех же временах экспозиции. Возможности РАТАН-600 иллюстрирует тот факт, что телескоп может регистрировать радиоизлучение от самых далеких объектов, родившихся 12-14 млрд. лет назад фактически сразу после того, как Вселенная стала прозрачной для излучения. Объем заявок на пользование РАТАН-600, как правило, в несколько раз превышает текущие возможности, и САО РАН имеет стратегический план дальнейшего расширения возможностей РАТАН-600. Анализ возможностей внедрения новых технологий и методов показал, что потенциал РАТАН-600 может быть увеличен в сто раз при относительно небольших вложениях, составляющих малую часть от первичных капитальных затрат.Три комплекса радиометров сплошного спектра (континуума) РАТАН-600 размещены в трех СВЧ-кабинах облучателей №№ 1, 5 и 6. Комплекс состоит из 11 радиометров в диапазоне от 1 до 49 см. Радиометры находятся в постоянной готовности для круглосуточного использования в наблюдательных программах.Матричная радиометрическая система МАРС-3:1) 16-канальная система, 32 входа (16 независимых радиометров); 2) полоса Δf = 5 ГГц;3) общая шумовая температура системы Тсис = 200-210 К4) чувствительность ΔT = 5 мК/c1/2 (на канал).Спектральный комплекс радиотелескопа РАТАН-600 располагается в наблюдательной кабине № 2, оснащен СВЧ приемными устройствами и анализаторами спектра.

Фото 8.

Солнечный комплекс:Новый спектрально-поляризационный комплекс высокого разрешения:Диапазон 0.7÷18 ГГц224 каналов с 1% полосой анализаПо сочетанию основных параметров - частотного перекрытия и разрешения, чувствительности и точности поляризационных измерений (0.02-0.03%) - такой комплекс является уникальным прибором в практике солнечной радиоастрономии Главными преимуществами и уникальностью являются:• многочастотность, позволяющая получать мгновенные спектры в широком частотном диапазоне (0.6÷30 ГГц);• высокая разрешающая сила и высокая чувствительность по яркостной температуре, позволяющая проводить исследования протяженных малоконтрастных деталей, таких как флуктуации микроволнового фонового излучения на малых угловых масштабах, недостижимых даже на специализированных для этих целей космических аппаратах и наземных инструментах. Кроме проведения фундаментальных исследований на радиотелескопе РАТАН-600 ведутся аппаратурные разработки в области СВЧ-техники, цифровой техники.

Фото 9.

Также проводятся исследования по изучению солнечно-земных связей и развитие методов прогнозирования событий на Солнце; мониторинг и анализ электромагнитных помех в очень широком частотном диапазоне (до 35 ГГц) с целью более эффективного использования радиоэфира, как для фундаментальных, так и прикладных задач. Создание аналогичного радиотелескопа в настоящее время не представляется целесообразным ввиду неподъемной стоимости. Однако проведение модернизации и финансирование текущей эксплуатации еще многие годы позволит радиотелескопу РАТАН-600 быть одним из затребованных и крупнейших инструментов радиодиапазона. Ни один радиотелескоп в мире не имеет подобного частотного перекрытия с возможностью проведения одновременных наблюдений на всех частотах.

Фото 10.

Телескоп предназначен для исследований астрономических объектов во всем диапазоне расстояний в Метагалактике: - от самых близких - Солнце, солнечного ветра, планет и их спутников в Солнечной системе до самых далеких звездных систем - радиогалактик, квазаров и космического микроволнового фона.

Фото 11.

Многие годы на радиотелескопе РАТАН-600 проводятся интенсивные исследования активных ядер галактик (АЯГ) в диапазоне от 1 до 30 ГГц. Вместе с исследованиями в других диапазонах от гамма-лучей до миллиметровых волн они дают возможность лучше понять механизмы образования и эволюции активных галактических ядер, связанных с процессами аккреции на сверхмассивные черные дыры.

Несмотря на то, что геометрическая интерпретация активности АЯГ в целом хорошо описывает основные их статистические свойства, полная теория АЯГ пока не создана. В релятивистских струйных выбросах АЯГ на образуемых ударных волнах происходит ускорение заряженных частиц вплоть до сверхвысоких энергий.

Релятивистские электроны в неоднородных струях испускают нетепловое синхротронное радиоизлучение, которое переменно и линейно поляризовано. Совместные исследования АЯГ во всем диапазоне электромагнитных волн создают более полную картину активности в центральных областях галактик и служат лучшему пониманию физики процессов в АЯГ.

Главное преимущество мониторинга АЯГ на РАТАН-600 - измерения радиоспектра излучения в широком диапазоне от 1 (с 2006 по 2011 гг.) до 30 ГГц относительно больших выборок источников (рис. 1). Определение свойств быстрой и вековой переменности космических радиоисточников - основной путь к пониманию нестационарных процессов аккреции вещества на черные дыры.

Частотно-временная эволюция спектральной плотности потока объектов типа BL Lacertae B0235+16 и 3C454.3. Экспериментальные данные получены с использованием радиотелескопа РАТАН-600 в период с 2006 по 2011 гг.

Фото 12.

Основные этапы

Проектное задание комплекса зданий и сооружений радиотелескопа РАТАН-600 разработано в ГАО АН СССР.

Согласно Распоряжению Президиума АН СССР за N53-1366 от 3 июля 1965 года данный проект был утвержден 18 августа 1965 г.

I965 Совмин СССР принял Постановление о сооружении крупного радиотелескопа для АН СССР, вслед за этим ведомственное Постановление по данному вопросу принято Президиумом АН СССР. Местом для строительства радиотелескопа РАТАН-600 выбрана долина р. Б.Зеленчук, непосредственно к югу от ст. Зеленчукской.

I968 Рассмотрено и утверждено техническое задание на строительство радиотелескопа РАТАН-600 (март). Начаты строительные работы по комплексу РАТАН-600 на южной окраине ст. Зеленчукской (лето).

1969 Вышло Распоряжение Президиума АН СССР о включении строящегося комплекса РАТАН-600 в состав Специальной Астрофизической Обсерватории (САО) и о реорганизации Отдела радиоастрономии ГАО АН СССР (кроме солнечной радиоастрономии) в Ленинградский научно-методический филиал САО (ЛФ) в области радиоастрономии, на правах отдела (январь). Организационное создание филиала (68 сотрудников) завершено в октябре.

1970 Выданы технические условия и эскизные проекты облучателей и других узлов радиотелескопа, разработаны технические задания на ряд приемных устройств. В сентябре в ст. Зеленчукской создана рабочая группа РАТАН-600 для подготовки эксплуатационных кадров радиотелескопа, контроля за строительством и организации научно-исследовательских работ.

I97I В радиоастрономическом секторе САО создан Отдел радиоастрономического приборостроения и Лаборатория радиоспектроскопии

1972 Организация Лаборатории антенн переменного профиля

I973 Завершено строительство первой очереди PATAH-600 (северный сектор кругового отражателя, облучатель №I, лабораторный корпус с рабочей площадью 1300 м², ряд вспомогательных сооружений).

I974 В январе северный сектор кругового отражателя радиотелескопа принят под пусконаладочные работы и подготовку к пробным наблюдениям с облучателем №1. Создан Отдел радиоастрономических наблюдений. Завершен ввод в эксплуатацию 1-й очереди РАТАН-600 (северный сектор кругового отражателя, лабораторный корпус, облучатель №1, мастерские, основные инженерные сети и коммуникации). Проведение первых наблюдений радиоисточников (лето).

1975 Начаты регулярные наблюдения на радиотелескопе по плановой тематике, ежегодно утвержденной Программным комитетом РАТАН-600.

I976 На северном секторе РАТАН-600 проведено около 100 наблюдений различных радиообъектов на волнах от I.З5 до 21см. Завершено строительство и ввод в эксплуатацию всего комплекса радиотелескопа РАТАН-600: оставшиеся три сектора кругового отражателя и плоский (перископный) отражатель для южного сектора (декабрь).

I978 г. Группа сотрудников САО, принимавшая участие в проектировании, сооружении и вводе в эксплуатацию РАТАН-600, награждена орденами и медалями СССР.

Фото 13.