Astronautika: istorija

Čedo astronomske sekcije Sovjetske Akademije nauka, „Спектр-РГ“ (RG je od Rentgen-Gama) konstruisan je za astrofizička istraživanja. Projekat je predložio akademik Rašid Alijevič Sjunjajev, koji je pre toga predvodio naučni tim zadužen za astronomsku opremu modula „Квант“ orbitne stanice „Мир“. Prema rečima jednog veterana na projektu, koncept letilice je rođen na naučnom simpozijumu 1987., posvećenom 30-godišnjici prvog veštačkog satelita. Pored Sjunjajeva, u korene projekta su utkani i akademici Jakov Zeldovič i Roald Segdajev.

sp1

Sredinom devedesetih, u programu „Spektr-RG“ je učestvovalo 20 naučnih organizacija iz čitavog sveta, uključujući Dansku, Nemačku, Englesku, Italiju, SAD, Finsku, Švajcarsku, Izrael, Mađarsku, Kirgistan, Kanadu i Tursku.

Govorilo se da će šesttonski brod nositi 2.750 kg naučnih instrumenata (40% ukupne težine, što je rekordno visoko), uključujući pet teleskopa: SODART, JET-X, MART-LIME, FUVITA, TAUVEX, kao i monitore neba MOXE i SPIN osetljive na rendgensko odn. gama zračenje. Planirano je da će opservatoriju poneti u nebo raketa „Протон“ i to u jako eliptičnu orbitu sa apogejem od 200.000 km iznad Zemlje, perigejem od 500 km i nagibom u odnosu na ekvator od 51,6°[1]. Odatle bi satelit mogao da radi preko 80 sati „u cugu“, slobodan od smetnji koje prave Zemljini radijacioni pojasevi. Satelitu bi trebalo 4 dana da kompletira jednu orbitu. Zanimljivo je da je satelit trebalo da okreće teleskope u različite mete tokom samo jednog dana.

sp2
Teleskopi „teške verzije“ satelita „Spektr-RG“. Ovaj predlog se zasnivao na špijunskim satelitima
Ямал“.

 sp3

Originalna arhitektura rendgenske i gama opservatorije planirane devedesetih. Trebalo je da nosi 7 instrumenata, da bi danas spao na samo dva.

Uprkos neprestanom pritisku inostranih partneta, uključujući težinu dogovora Gore-Černomidin o kosmičkoj saradnji između SSSR-a i SAD, financijski problemi sovjetske države su doveli do kočenja projekta. Sa većinom proizvedenih i testiranih instrumenata i ostale naučne opreme, datum lansiranja se pomerao sa 1996. na 1997, 1998, 1999, 2000, 2002 i 2003, sve dok u februaru 2002. projekat nije konačno proglašen mrtvim. Od početka 1998. zapadni partneri su na tri „Spektr“ oservatorije potrošili preko $300 miliona, od čega je najveći deo otišao na „Spektr-RG“. Kao „kompenzaciju“ za troškove, ruska vlada je ponudila raketu „Proton“ za lansiranje sličnog evropskog teleskopa, poznatog kao „Integral“. Čak su i neki ruski naučnici, koji su učestvovali u projektu „Spektr-RG“, odlučili da se „prebace“ na evropsku opservatoriju. Zauzvrat, ESA je Rusima dala 25% vremena za osmatranje na „Integralu“. Naravno, evropski brod je 2002. lansiran sa Bajkonura bez problema i kašnjenja.

PONOVNO ROĐENJE 'SPEKTRA-RG'

Inženjeri koji su konstruisali sofistikovani teret za originalni „Spektr-RG“ našli su svojim instrumentima nove angažmane a neke su jednostavno stavili u muzeje. Ali sa popravljanjem ruske financijske situacije u prvoj deceniji XXI veka, „Spektr-RG“ je vaskrsao, ali kao manji i jeftiniji projekat. Nekeda označavan kao vrhunski prioritet za lansiranje među ruskim kosmičkim opservatorija, sada je „Spektr-RG“ gurnut iza „Spektra-R“ („Радиоастрон[2]). Oba satelita su redizajnirana tako da iskoriste „Lavočkinov“ novi standardni „bus“, univerzalnu platformu, poznatu kao „Навигатор“. On je igrao ulogu servisnog modula za „Spektr-RG“ i ostale kosmičke opservatorije.

sp4

Platforma „Navigator“. Težina praznog – 850-980 kg; max goriva – 540 kg; max tereta – 2.600 kg; domet komunikacije – 200-2.000.000 km; preciznost navigacije – 2 arc sec;

sp5 sp6

Lavočninov „bus„Navigator“ (levo). Sa strana se vide složeni solarni paneli a unutra 3 reakciona točka. Desno je „bus“ (korpus) satelita „Jamal-100“ lansiran pre 15 godina.

sp7
„Navigator-RG“
u fazi konstruisanja. Sa strana se vide rezervoari za gorivo.

 sp8

Opservatorije koje su koristile i koje će koristiti šasiju „Navigator“.

2005. započeli su pregovori između Roskosmosa i ESA o mogućnosti instalatanja para evropskih instrumenata na „Spektr-RG“. Tu su spadala nemačka „eROSITA“ (Roentgen Survey with an Imaging Telescope Array) i britanski rendgenski monitor „LE“ („Lobster Eye“). Oba instrumenta su svojevremeno bila razmatrana za postavljanje na modul „Columbus“ na ISS. Međutim, briga o kontaminaciji osetljive optike u zagađenom okruženju oko ISS, zajedno sa preranim otkazivanjem šatl-programa, zaustavilo je te planove. Da bi rešili taj problem, formirana je Međunarodna radna grupa, koju su činili članovi Kosmičkog istraživačkog instituta u Moskvi, nemačkog instituta „Max Planck“, univerziteta Leicester u Emgledkoj, kao i predstavnici iz evropskih, ruskih i nemačkih kosmičkih agencija. Grupa je procenjivala različite načine da spoji raspoloživu opremu pa je, u jednom momentu, razmatrano da se napravi još jedan teleskop koji bi napravio US-japansko-holandski tim. Međutim, na kraju, instrument „LE“ je skinut s projekta, zbog toga što je Britanija odustala od finansiranja.

Konačno, u Moskvi je martu 2007. potpisan memorandum o saradnji između Nemačke kosmičke agencije DLR i Roskosmosa, tako da je danas „Spektr-RG“ postao zajednički projekat Rusa i Nemaca.

MOGUĆNOSTI LANSIRANJA

Originalni plan je podrazumevao da se 2011. iz Gijane lansira satelit težine oko 2 tone, uz pomoć rakete „Sojuz-2“/“Fregat“ na kružnu orbitu dimenzija 500×580 km i sa nagibom od 28°. Kasnije je bilo razmatrano i lansiranje iz Bajkonura na 600 km visoku orbitu nagiba 30°. Od 2008. razmatra se raketa „Zenit“ sa dodatnim stepenom „Fregat“.

PLANIRANJE ORBITE

Na osnovu kasnijeg plana, „Zenit-2 SLBF“/“Fregat-SB“ je trebalo da ponese 2.400 kg težak „Spektr-RG“ u visokoeliptičnu orbitu oko Zemlje sa perigejem od 491 km, apogejem 411.490 km i nagibom 51,4°. Odatle bi „Spektr“ upotrebio svoje motore i gravitacionu silu Meseca i ušao u „halo“ orbitu oko L2 (Lagranžove) tačke između Zemlje i Sunca. Međutim, od 2012. ta ideja je napuštena i plan je da se direktno leti ka tački L2. U odsustvu pogodnog sistema za trajektorijska merenja na X-talasima, koji naučnici nikad nisu uspeli da testiraju zbog neuspeha misije „Fobos-grunt“, planeri su zakljućili da im je bolje da potroše više vremena i goriva za direktan let. Takva trajektorija će dati kontrolorima misije više vremena da uđu u pravu putanju posle lansiranja i proračunaju broj orbitnih korekcija potrebnih za dospeće na finalno odredište. Planeri očekuju da će tokom misije biti dovoljno tri ili četiri korekcije orbite.

sp9
Šema lansiranja. Vide se dva paljenja motora:
ΔV1=806,4 m/s, ΔV2=2640,7 m/s; predviđen dan lansiranja; 25. 9. 2017.

sp10

U svakom slučaju,“Spektr-RG“ bi trebalo da bude prva ruska (ili sovjetska) letilica koja je ušla u Lagranžove tačke, čime nosi veliki potencijal za novu generaciju naučnih misija. Prema izvorima sa Kaldišovog instituta za primenjenu matematiku (ИПМ), koji planira skoro sve trajektorije ruskih kosmičkih misija, lansirni prozor koji je omogućavao očuvanje najviše goriva bio je otvoren 30. decembra 2014.

Libraciona tačka L2 sistema Zemlja-Sunce nalazi se iza Zemlje u odnosu na Sunce treba da bude idealna tačka za misiju „Spektr-RG“. To zvezdano „susedstvo“ obezbeđuje „mirne“ gravitacione i magnetne uslove za letilicu bez mnogo poremećaja i bez tragova molekula vazduha koji bi usporavali satelit ako bi se nalazio na Zemljinoj niskoj orbiti. Jedino će minijaturni „pritisak“ čestica svetlosti[3] zahtevati kratko mesečno uključivanje žiroskopa za kontrlu položaja.

Opservatoriji će trebati oko 3 meseca (116 dana) da stigne do konačne destinacije, i tamo će ostati najmanje 4 godine kružeći oko L2 po elipsi prečnika 40.000 km. Tokom tri godine posmatraće unapred odabrane objekte. Ta trajektorija, udaljena 1,5 miliona km od Zemlje, čini „Spektr-RG“ zapravo deep-space misijom, zajedno sa radioteleskopom „Spectr-R“ lansiranim 2011.

Prema prezentaciji projekta krajem 2013. vidi se da će dodatni stepen „Fregat-SB“ uključivati svoje motore nekih 1,6 sati posle lansiranja da bi „Spektr-RG“ poslao na orbitu sa najnižom tačkom (perigej) od 1.020 km odn. najvišom od 1.415.510 km od Zemlje – vrčo blizu cilane Lagranžove tačke. Između dva paljenja motora biće odbačeni prazni rezervoari sa „Fregata“. Transfer ka tački L2 će trajati između 70 i 80 dana.

Prema planovima iz 2016, faza testiranja misije će trajati oko 65 dana posle lansiranja i trajaće oko 50 dana. Ona uključuje oko 30 dana posvećenih kalibraciji teleskopa i oko 20 dana za verifikaciju njihovih performansi.

sp11
Orbitna konfiguracija opservatorije „Spektr-RG“. Crvenim slovima su označena dva glavna teleskopa.

NAUČNA MISIJA

Naučni teret „Spektra-RG“ je na kraju spao na samo dva instrumenta – „eROSITA“ težak 810 kg, razvijen u minhenskom institutu za fiziku „Max Planck“ i ruski teleskop (spektroskop) „ART-XC“ težak 350 kg napravljen u VNIIEF nuklearnom istraživačkom centru iz Sarova.

sp12

sp13 

Ogledalski moduli teleskopa „eROSITA“. Svako ogledalo ima sopstveni CCD detektor i fokusu.  Broj ogledala – 7; prečnik – 1,3 m; dužina – 2,6 m; energetski dijapazon – 0,3-10 keV; žižina daljina – 1600 mm; dim. piksela – 75×75 mm; ekspozicija kadrova – 50 msec;

14 

Šematski prikaz nemačkog teleskopa. Ogledala su Wolter I tipa. Vidno polje - 1°; efikasna površina – 2400 cm2.

 sp15

Detektori postavljeni u fokalnoj ravni napravljeni su u Institutu za kosmička istraživanja Akademije.

 Untitled 1          

Blok kadmijum-teluronskih kristalnih detektora. Ogledala su proizvedena u SAD. Teleskop-spektroskop će analizirati galaktička i vangalaktička zračenja na energijama 5-30 keV. Vidno polje teleskopa – 0,3°; efikasna površina – 450 cm2.

Uprkos samo 2 instrumenta, rukovodstvo projekta obećava revolucionarne podatke na polju tzv. visokoenergetske astrofizike. Za razliku od prethodnih orbitnih rendgenskih teleskopa, kao što je evropski XMM „Newton“ i Nasin AXAF „Chandra“, koji su bili opremljeni uskougaonim instrumentima, „Spektr-RG“ će istraživati nebo u širokom uglu. Nemačka „eROSITA“ („e“ od „extended“, produžen, jer označava mnogo veći i snažniji instrument nego što je planirano za originalnu misiju), omogućiće širokougaona osmatranja u čitavom rasponu svoje osetljivosti. Zato će letilica biti iskorišćena za formiranje globalne mape rendgenskih izvora, kao što su crne rupe, neutronske zvezde i beli patuljci. Prema rečima Mihajla Pavlinskog, zamenika direktora moskovskog Instituta za kosmička istraživanja, IKI, „eROSITA“ će omogućavati dubinu osmatranja i biće osetljivija 30 puta više nego ijedan prethodni instrument.Teleskop „eROSITA“ će biti osetljiv na elektromagnetne talase od 0,3 do 10 keV, dok će „ART-XC“ registrovati one od 6 do 30 keV.

sp17
Snimak teleskopa „Newton“ je po jačini sličan onima koje će praviti „eROSITA

Dobijeni katalog rendgenskih izvora će sadržati listu galaktičkih klastera, koji su formirani još u vreme nastanka univerzuma. Naprimer, nemački tim je sebi postavio zadatak da otkrije makar 100.000 klastera, koji predstavljaju najveće astronomske entitete u univerzumu vezane gravitacijom. Takvi fenomeni će biti korišćeni za izračunavanje ključnog kosmološkog fenomena, kao što je Tamna materija. Uz to, instrument će moći da širom univerzuma snimi i 700.000 zvezda i preko 3 miliona super-masivnih crnih rupa.

Smatra se da će „Spektr-RG“ moći da otkrije i zračenja koje emituju vreli gasovi Tamne materije, te će biti moguće napraviti mapu distribucije te tajanstvene supstance širom univerzuma. Očekuje se da prve 4 godine misije letilica provesti u globalnom osmatranju čitavog neba a sledeće 3 osmatrajući pojedinačne male ciljeve kao što su pojedinačne galaksije.

Prema planovima, „eROSITA“ treba da bude poslata u Rusiju u prvim mesecima 2017, dok će ruski teleskop „ART-XC“ biti predat Lavočkinu u decembru 2017. Lansiranje opservatorije bi trebalo da bude u proleće 2018. godine.

PROBLEMI SA LANSIRANJEM

Iako je na početku programa 2014. kao godina lansiranja izgledala izgledna, ispostavilo se da to nije tačno. Već 2015. se govorilo da će lansiranje sa 2016. biti pomereno za mart 2017. Glavni razlog za odlaganje je kašnjenje u izgradnji teleskopa. Inženjeri iz „Max Plancka“ su se prilikom sklapanja „eROZITE“ suočili sa brojnim tehničkim izazovima. Konačno su sredinom prošle godine stigle letne verzije svih ogledala, letne kamere, točkovi sa filterima i kompletni nosači i sistem za hlađenje. Oko 90% svih neophodnih elektronskih komponenti je takođe bilo na svom mestu, ali su ruski mediji otkrili da škripi sa nekim američkim komponentama, za šta bi uzrok mogao biti u sankcijama Rusiji zbog rata u Ukrajini.

Za sada se samo zna da je NPO „Lavočkin“ sastavio prototip letilice za električne i radio testove, zajednički nazvane ERTI. Prototip će takođe biti korišćen i za testiranje softvera. Sredinom prošle godine javljeno je da je NPO „Lavočkin“ okončao „prvu fazu“ električnog testiranja „Spektra-RG“. Rečeno je i da je servisni modul letilice električki povezan sa naučnim instrumentima radi testiranja.

Ako uspeju sve da završe do juna 2017, lansiranje bi moglo da bude krajem septembra 2017.

Takođe postoji i potencijalni problem sa raketom za lansiranje, jer se neki delovi  „Zenita“ proizvode u Ukrajini. Iako je raketa rezervisana za lansiranje opservatorije „Spektr-RG“ već u hangarima u Bajkonuru, moguće je da bi saradnja sa ukrajinskim stručnjacima mogla da dovede do problema. Treba se ipak setiti da je u decembru 2015. rusko-ukrajinski tim demonstrirao besprekornu saradnju lansirajući satelit „Elektro-L2“ raketom „Zenit“.

I konačno, ni financijsko stanje nije beznačajno za nastavak projekta – naprotiv. Samo zahvaljujući poodmaknutosti projekta, „Spektr-RG“ je prošao relativno neokrnjeno kroz rezanje budžeta. Konačna verzija Federalnog kosmičkog programa koji pokriva period od 2016. do 2025, predvidela je za projekat „Spektr-RG“ ukupno 5.609 miliona rubalja (oko $72,76 miliona). Ova relativno mala suma bi trebalo da pokrije radove na projektu od 2016. i 7-godišnji radni vek u orbiti do 2024:

Godišnji budžet 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 Total
U milionima rubalja 693.0 1,000.0 460.0 500.0 530.0 550.0 600.0 630.0 646.0 5,609.

Uz to, 28 mil. i 43 mil. rubalja ($0,36 mil. i $,56 mil.) je odvojeno za lansirne aktivnosti projekta „Spektr-RG“ u 2016. i 2017. koje će kulminirati lansiranjem „Zenita-M“ sa Bajkonura.

'SPKETR-RG' DOBIJA PRVI INSTRUMENT

sp19
Teleskop ART-XC stiže u NPO Lavočkin 27. decembra 2016.

Tokom čitave protekle godine, prototip ruskog teleskopa „ART-XC“ je prolazio kroz seriju testova, dok su komponente letne verzije bile u finalnoj fazi proizvodnje. Pošto je za kalibraciju teleskopa bilo neophodno korišćenje radioaktivnih materijala koji emituju rendgensko zračenje, instrument je mogao biti testiran jedino u objektima ustanova sertifikovanim za rad sa radioaktivnim materijama. Međutim, tradicionalni centar ruske kosmičke industrije za testiranja – NIC RKT iz Peresveta kraj Moskve – ne poseduje takav sertifikat. Zato je teleskop morao biti poslat u RKC „Progress u Samaru na jug Rusije, što je dodatno odgodilo proces testiranja. Konačno je teleskop stigao iz Samare u NPO „Lavočkin“ u poslednjim danima 2016.

Očekuje se da će za finalna testiranja biti potrebno oko 9 meseci, tako da bi „Spektr-RG“ bio spreman za lansiranje u oktobru 2017.

U jesen 2016. objavljeno je da je lansirni prozor sa 18. decembra proširen na 24. decembar 2017, ali projektni tim više gleda ka prozoru od 1. marta do 14. aprila 2018. godine. Poslednji termin omogućava najbolju vidljivost letilice uz pomoć ruskih stanica za praćenje.

sp20 

x

https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=fM5w-zwJ3c4


[1] Tipičan nagib za sve orbite koje posećuju ruske rakete. Na orbiti takvog nagiba je i ISS.

[2] O njemu sam nekoliko puta već pisao.

[3] U blizini Zemlje pritisak solarnih čestica je u proseku 9,08 µPa (µN/m2), a u blizini Marsa 3,91 µPa.

Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi: