Место, где слушают звезды. Пущинская Радиоастрономическая обсерватория.

На исходе зимы и на исходе теста Toyota Hilux мы отправились в одно необычное место. На живописных берегах реки Оки расположился крупнейший радиоастрономический центр России – Пущинская Радиоастрономическая Обсерватория (ПРАО). Ну, как крупнейший, сейчас в нем работает около 40 научных сотрудников, в то время как всего в России насчитывается около 2000 человек, так или иначе связанных с радиоастрономией.
Долгое время это место являлось секретным, и даже сейчас попасть в него непросто. Не найдя никаких легальных способов попасть на территорию, мы просто напросто позвонили в ПРАО и спросили о фотосъемке. На том конце провода ответил директор по научным вопросам, который оказался невероятно компанейским человеком и обещал помочь в течении пары часов. Каково же было наше удивление, когда через пару часов он сообщил, что несмотря на выходной день нас встретит и проведет экскурсию аж целый доктор физико-математических наук.

Рано утром в субботу запрыгиваем в машину и мчим в Пущино! Около 150 километров мы пролетаем за полтора часа – большой пикап не только не боится бездорожья, но и по трассе идет весьма уверенно.

Немного поплутав по Пущино, мы, наконец, оказываемся у ворот храма Науки.
Днем рождения Пущинской обсерватории принято считать 11 апреля 1956 года, когда было подписано Распоряжение Совета Министров СССР, разрешающее Академии наук СССР построить в Серпуховском районе здание радиоастрономической станции ФИАН и установить на этой станции радиотелескоп.
Комплекс обсерватории представляет собой 3 крупных действующих радиотелескопа и некоторое количество административных зданий. Сегодня мы с Тюльбашевым Сергеем Анатольевичем  посмотрим каждый из них.

В настоящее время на территории обсерватории функционируют несколько телескопов:
• Телескоп БСА — радиотелескоп меридианного типа с заполненной апертурой, представляет собой плоскую эквидистантную решетку из 16384 волновых диполей размером 187 х 384 м соответственно в направлении Восток-Запад и Север-Юг.
• РТ-22 — старейший телескоп в обсерватории и один из старейших в нашей стране. Сооружение этого радиотелескопа было осуществлено в кратчайшие сроки – всего за два с половиной года – с конца 1956г. по май 1959 г. Научным руководителем работ был А. Е. Саломонович, главным конструктором — П. Д. Калачев.
• Телескоп ДКР-1000 — радиотелескоп меридианного типа с незаполненной апертурой, состоит из двух антенн Север-Юг и Восток-Запад, расположенных в форме креста.

Телескоп БСА (расшифровывается как “Большая Сканирующая Антенна”) это антенная решетка, состоящая из 16384 вибраторов, расположенных на площади, превышающей 7 га. Рабочая длина волны – 3 м, и в этом диапазоне БСА является самым чувствительным телескопом в мире. Радиотелескоп первоначально работал в диапазоне 101 – 104 МГц, в 90е годы, когда эти частоты отдали под радиовещание, он был перенастроен на диапазон 109 – 113 МГц.

Скажу честно, для неподготовленного человека вроде меня, эта конструкция никак не ассоциировалась с космосом. Но более 70% информации сотрудники ПРАО получают именно с этого аппарата. Сегодня БСА ФИАН — это незаменимый инструмент для решения целого ряда задач в области исследования пульсаров, изучения динамических процессов в околосолнечной и межпланетной плазме, анализа структуры компактных радиоисточников в метровом диапазоне волн.

Радиотелескоп представляет собой двуслойную решетку, где сверху находятся диполи ФРА, а снизу – решетка рефлектора из проволоки. Все провода медные, давно окислились и приобрели красивый зеленый цвет:)

В 2012 году радиотелескоп БСА был модернизирован и теперь, вместо 16 лучевой диаграммы направленности, он имеет 128 лучей. Это позволяет наблюдать за сутки более тысячи радиоисточников с охватом практически всей северной небесной полусферы.
С БСА связан один курьезный факт – в 1990-е годы на территории обсерватории часто пасли коров, которые, проходя под БСА, часто обрывали проволоку. Обращения в милицию не давали нужных результатов и тогда охранник обсерватории обратился к человеку, пасшему коров: “А ты знаешь, что у этих коров потом молоко пить нельзя?” С тех пор коровы там не паслись, но охраннику пришлось писать объяснительную.

Едем дальше, к старейшему телескопу в обсерватории — РТ-22 (расшифровывается как радиотелеском диаметром 22 метра). Это параболический рефлектор, главное зеркало которого имеет диаметр 22 м. Точность поверхности главного зеркала обеспечивает эффективную работу телескопа на коротких волнах сантиметрового и даже миллиметрового диапазонов. Наблюдения на этом радиотелескопе проводятся с использованием современных охлаждаемых малошумящих усилителей. Основные научные программы – это исследование областей звездообразования по наблюдениям атомарных и молекулярных радиолиний, а также изучение структуры компактных радиоисточников методами интерферометрии с разрешением в сотые и тысячные доли секунды дуги.

В первые годы становления радиоастрономии был накоплен большой опыт радиоастрономических исследований, показавших их перспективность как для астрономии, так и для прикладных работ. Остро встал вопрос об освоении диапазона миллиметровых и сантиметровых волн. В 1951 г, по инициативе ФИАН (С.Э.Хайкин), Академии наук СССР и двум министерствам было поручено подготовить предложения о создании в СССР с участием промышленных предприятий больших радиотелескопов для службы Солнца, наблюдения за радиоизлучением Солнца и других космических источников радиоизлучения на сантиметровых и миллиметровых волнах.

Опыта по конструированию и созданию таких радиотелескопов не было ни в нашей стране, ни за рубежом. Ни одна из промышленных организаций не бралась за создание такого инструмента. В декабре 1952 разработка эскизного проекта радиотелескопа с параболическим рефлектором диаметром 16 м была возложена на ФИАН. Научным руководителем работ назначен А.Е.Саломонович, главным конструктором – П.Д.Калачев. По результатам эскизного проектирования было решено увеличить диаметр зеркала радиотелескопа до 22 м и создать радиотелескоп, известный теперь как РТ-22 ФИАН. В научно-техническом плане было необходимо решить очень сложную, не имеющую прецедентов, задачу создания зеркала антенны диаметром 22 метра, работающую на миллиметровых волнах, т.е. с точностью поверхности в доли миллиметра. В мире в это время существовал только один радиотелескоп, работающий на миллиметровых волнах, но его диаметр составлял всего 4 метра. Предстояло создать радиотелескоп в 5 раз большего размера, обеспечив столь же высокую точность поверхности.

П.Д. Калачев предложил принципиально новое оригинальное конструкторское решение – разделение функций обеспечения жесткости и точности рефлектора. Жесткость обеспечивалась несущим силовым каркасом сравнительно малой точности. Точность отражающей поверхности радиотелескопа достигалась креплением рефлектора на каркасе на регулируемых по высоте установочных опорах (шпильках) (32 000 шпилек), выставляемых по шаблону с требуемой точностью отражающей поверхности.

Осенью 1956 года был заложен фундамент РТ-22. Общий вес конструкции — 465 тонн, в разобранном виде детали доставлялись по железной дороге, а затем зимой на специально сконструированных санях перевозились к месту строительства. Для решения этой задачи Чеховским заводом металлоконструкций были изготовлены специальные сани грузоподъемностью 45 тонн

Как я писал выше, на тот момент ни у кого в СССР не было опыта строительства подобных телескопов, и констукторы до конца не могли решить проблему поворотного механизма, который позволил бы с предельной точностью позиционировать 465 тонную махину. Решение пришло неожиданно – подобными характеристиками обладают лафеты корабельных орудий. В итоге, в Пущино был доставлен лафет с потерпевшего крушения линкора “Новороссийск”:

В настоящее время радиотелескоп РТ-22 позволяет проводить широкий круг радиоастрономических наблюдений. На нем проводятся наблюдения рекомбинационных радиолиний водорода, гелия и углерода, развивающих сделанное ранее открытие этих линий. Осуществляются систематические наблюдения линии водяного пара на волне 1.35 см. а также наблюдения линий некоторых других молекул. В этих наблюдениях помимо сотрудников ПРАО участвуют также астрономы ГАИШ, ИЗМИРАН и других организаций.

Радиотелескоп регулярно работает совместно с рядом зарубежных радиотелескопов в международной системе радиоинтерферометров со сверхдлинными базами (вплоть до размеров земного шара). Это позволяет получать радиоизображения квазаров с рекордным угловым разрешением до десятитысячных долей секунды. В настоящее время РТ-22 дополнительно оснащается оборудованием, позволяющем использовать эту антенну как наземную станцию для приема научной информации с космического радиотелескопа «РадиоАстрон».

Международный проект “РадиоАстрон” предусматривает запуск космического 10-метрового радиотелескопа на высоко-апогейную орбиту спутника Земли с периодом обращения вокруг Земли в 9.5 дней. Апогей орбиты достигнет 390 тысяч километров, т.е. будет практически равен расстоянию до Луны. Целью проекта является создание совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов единой системы наземно-космического интерферометра для исследования объектов Вселенной с исключительно высоким разрешением.

Такой наземно-космический инструмент обеспечит информацию о морфологических характеристиках и координатах галактических и внегалактических радиоисточников с угловым разрешением до 8 микросекунд дуги. Программа «РадиоАстрон» ведется Астрокосмическим центром (АКЦ) Физического Института совместно с другими институтами РАН и организациями РОСАВИАКОСМОСА в широком международном сотрудничестве с участием крупнейших наземных радиотелескопов.

Это единственный телескоп на территории ПРАО более-менее хрестоматийного вида. Некогда он был самым большим, но сейчас замыкает мировой список радиотелескопов. Тем не менее, он функционирует и полностью исправен.
Лестница справа служит для обслуживания навесного оборудования в контейнере на острие антенны.

Снизу контейнер выглядит совсем небольшим, но в действительности там помещается аппаратура и два взрослых человека-техника:

Поверхность телескопа представляет собой листы закрпеленные на 32.000 шпильках, которые, регулируясь, позволяют добиться высокой точности монтажа отражателей и, как следствие, высокой точности приема сигнала.

В центре рефлектора расположены облучатели, которые и принимают сигнал:

За поворот рефлектора отвечает система противовесов, приводимых в движение электродвигателями:

Завершает нашу экскурсию по обсерватории – радиотелескоп ДКР-1000.
Диапазонный Крестообразный Радиотелескоп 1000-метровый, состоит из двух антенн: подвижной на оси Восток-Запад и неподвижной Юг-Север. Радиотелескоп ДКР-1000 предоставляет уникальные возможности для исследования пульсаров, на нем проводятся наблюдения спектральных радиолиний, соответствующих переходам между уровнями с главными квантовыми числами вплоть до 750, изучаются вариации плотностей потоков радиоисточников. Этот телескоп был введен в эксплуатацию в 1964 году. Название «диапазонный» крестообразный радиотелескоп (ДКР-1000) получил из-за возможности проводить на нем одновременные наблюдения в диапазоне частот от 30 до 120 МГц.

Параболические фермы выглядят очень футуристично!

Натянутая проволока образует зеркало рефлектора, которое и принимает сигнал из глубин космоса. Ученые шутят, что когда горела Останкинская телебашня – им работалось лучше всего, т.к. не было помех:)

Для каждой фермы предусмотрен свой поворотный механизм, который синхронно разворачивает всю антенну:

В ветреную погоду 37 антенн телескопа гудят от проходящего сквозь них ветра и создается впечатление, что космос говорит с тобой:) Звук настолько выразительный, что Сергей Бондарчук специально приезжал записывать его для киноэпопеи “Война и мир”. И этот же звук использовал Андрей Тарковский в своем «Сталкера».

К сожалению, антенна “Юг-Север” была разворована в 90е года охотниками за цветными металлами. Денег на ее восстановлени обсерватории не хватает и она сейчас не используется.

Несмотря на тяжелые времена, сотрудники ПРАО не только поддерживают в рабочем состоянии имеющиеся оборудование, но и разрабатывают новое.
По всей территории раскиданы вот такие небольшие телескопы, объединенные в общую сеть. Возможно, это будущее астрофизики, которое придет на смену огромным антеннам:

Ну а самым “распиаренным” и успешным проектом нового времени, конечно же, является проект “Радиоастрон” – это российский радиотелескоп «Радиоастрон», угловое разрешение которого в тысячи раз превысит аналогичный параметр для работающего в оптическом диапазоне «Хаббла».
Он уже успешно запущен в космос, а свою отладку и тонкую настройку он проходил в этом неприметном ангаре:

Здание полигона имеет огромную сдвижную крышу, под которой был закреплен тестируемый радиотелескоп.

На этом наш краткий экскурс в радиоастрономию завершается. Спасибо за внимание!

Благодарю Игоря Владимировича Чашея, зам. директора по научным вопросам за содействием и Тюльбашева Сергея Анатольевича за интереснейшую экскурсию!

Оригинал записи: http://student-geolog.livejournal.com/92219.html