Саровский супертелескоп

13 октября на страницах «АН» был опубликован материал «Супертелескоп  для внеземных цивилизаций». К сожалению, на момент подписания номера редакция не получила интервью, которое должно было попасть на страницы газеты. Этот материал газета получила после того, как номер ушел в печать.

Но  сегодня «АН» сообщает самые  свежие новости на своем сайте. Речь  идет о  супертелескопе. Он  отправится в космос в сентябре 2013 года. Какая у него будет миссия? Об этом рассказывает  известный российский  ученый, доктор технических наук Дмитрий Литвин.

- Дмитрий Никитович, расскажите, пожалуйста, о проекте: кто инициатор, какое финансирование и какие цели?

- Международный космический эксперимент «Спектр-Рентген-Гамма» начинался как совместный проект РОСКОМОСА и Европейского космического агентства. Но иностранное участие сузилось: российская сторона: Роскосмос, Институт космических исследований РАН (Москва), НПО им. С.А. Лавочкина (Химки), ВНИИЭФ. Немецкая сторона: Институт Макса Планка (Гаршинг), Институт астрофизики (Потсдам), Гамбургский университет.

Проектом предусматривается создание орбитальной астрофизической рентгеновской обсерватории с расширенным в сторону жёстких энергий энергетическим диапазоном. В течение семилетнего рабочего цикла будет создана карта рентгеновских источников. При этом ожидается открытие нескольких тысяч внегалактических источников. Будут проведены детальные рентгеновские исследования галактических и внегалактических объектов. В результате ожидается существенное расширение экспериментальных данных об эволюции Вселенной, в частности, по широко обсуждаемой проблеме «темной» материи.

Обсерватория будет запущена в сентябре 2013г. с Байконура. Орбита – точка L2, 1.5млн. км.

Общая масса аппарата – 2245 кг.

- Если можно, подробнее о телескопе, его характеристиках. Чем они превосходят предыдущие аналоги?

- По основным параметрам (жесткости спектра и связанным с ней энергетическому и пространственному разрешению) прибор превосходит все предыдущие аналоги:

Спектральный диапазон - 6−30 кэВ.

Угол обзора – 32’.

Осевое угловое разрешение - 1’.

Общее количество зеркал – 196.

- Какие новшества и инновации были внедрены при его проектировании?

- Достаточно сказать, что зеркальная фокусирующая оптика с требуемым уровнем углового разрешения в столь жестком спектральном диапазоне в России создается впервые. По нашим сведениям, в мире такой технологией обладает только НАСА. Для обеспечения требуемой отражательной способности поверхность должна быть практически идеальной, так как допустимый размер микронеровностей не должен превышать размер атома. Речь нужно вести уже не о «нано», а о «субнано» технологии.

Для разработки и изготовления телескопа внутри ВНИИЭФ создана кооперация, в которую помимо ИЛФИ входят ИЯРФ, отделение Главного технолога, завод «Авангард», научно-испытательный комплекс.

- Расскажите подробнее о создании технологии производства зеркал.

- Применяемые рентгеновские зеркала – это сложное изделия, которые должны удовлетворять ряду высоких требований: при достаточно больших размерах (диаметр до 150 мм при длине 60 см) зеркала имеют форму поверхности второго порядка с допуском на размер менее 1 микрометра. Вес зеркала не должен превышать 300 граммов при обеспечении необходимой механической прочности. Для обеспечения требуемой отражательной способности поверхность должна быть выполнена из тяжелого элемента (иридия) и иметь практически идеальную шероховатость менее 0.4 нанометров.

Поэтому производство зеркал – это многостадийный процесс, включающий в себя несколько этапов алмазного точения, создания и снятия гальванопластических покрытий, процессов шлифования, глубокой полировки, магнетронного напыления. Практически после каждого этапа с требуемой точностью проводится оптический и рентгеновский контроль размеров, шероховатости и отражательной способности, как промежуточных изделий, так и готовых зеркал. Не лишним будет отметить, что для проведения технологических операций на конечных стадиях подготовлены чистые беспылевые помещения.

- О кооперации с Германией – почему именно такой тандем?

- На начальном этапе велись переговоры о более широком представительстве в проекте (Европейское космическое агентство, центр космических исследований Великобритании). В частности, предусматривалась постановка рентгеновского монитора всего неба, для фиксации появления интенсивных источников в реальном времени, а также спектрометра рентгеновского излучения со сверхвысоким разрешением. По разным причинам (финансовым, степени готовности, срокам) ряд приборов в проект не вошел.

 - Почему телескопов два и какова разница?

- Германский рентгеновский зеркальный телескоп eROSITA будет использоваться в спектральном диапазоне 0.5−10 кэВ. Относительно небольшая энергия квантов облегчает изготовление зеркальной оптики и позволяет использовать хорошо отработанные кремниевые спектрометры. Соответственно, можно ожидать высокого углового разрешения при достаточной эффективности регистрации и спектральном разрешении. Телескоп позволит расширить и уточнить данные наблюдений предыдущих проектов.

Российский рентгеновский зеркальный телескоп ART-XC рассчитан на энергии квантов 6−30 кэВ. Освоение более жесткого спектрального диапазона российского телескопа усложняет производство оптики и регистрирующей части, но представляет особый интерес в силу ряда причин: повышенная проникающая способность, возможность наблюдать далекие области космоса и заглянуть внутрь сильно поглощающих систем. соответствие спектру излучения наиболее горячих областей вселенной.Практическое отсутствие таких данных наблюдения в предыдущих космических экспериментах.

- Какие идут испытания? Готовы ли  испытательные стенды?

- Как и вся космическая техника, телескоп подвергается обязательным испытаниям на механическую прочность. Для этого используется испытательная база ВНИИЭФ. Кроме того, для измерения параметров промежуточных изделий технологического цикла создания рентгеновской оптики, а также для контроля параметров штатных зеркальных систем создан ряд оптических и рентгеновских стендов. Причем контроль ключевых параметров производится с помощью нескольких независимых методов. Ряд стендов создается для окончательной сборки и юстировки телескопа. Надо сказать, что ряд стендов ВНИИЭФ разрабатывает и поставляет наземному испытательному комплексу института космических исследований.

Общее количество создаваемых в рамках проекта специальных стендов – 9. Сроки создания стендов определяются последовательностью работ по программе. К настоящему времени введено в действие 7 стендов.

- После завершения проекта будут ли использоваться испытательные стенды?

- Начнем с того, что технология создания рентгеновской оптики находит широкое применение в решении текущих и будущих задач, стоящих перед ВНИИЭФ. В полной мере будут использованы и созданные технологические участки, например, новый гальванический участок. Конечно, ряд рентгеновских и оптических стендов расширят возможности исследований ИЛФИ по лазерному термоядерному синтезу.

- Где еще, кроме космических исследований, могут применяться никелевые рентгеновские зеркала с иридиевым покрытием?

- Магистральное направление развития технологий современной микроэлектроники связано с увеличением быстродействия, уменьшением энергопотребления, повышением степени интеграции. И все это достигается за счет миниатюризации элементов схем, масштаб которых на сегодня составляет сотни нанометров. Ключевая технология, позволяющая формировать элементы такого размера, - это ультрафиолетовая фотолитография, имеющая дело с излучением длиной волны масштаба 50 нанометров. Если мы хотим и дальше уменьшать размер элементов, то необходимо снижать длину волны и переходить к рентгеновской фотолитографии, рентгеновской оптике. Создаваемая в рамках нашего проекта оптика способна работать с длинами волн 0.03 нм, то есть более, чем в тысячу раз короче применяемых в микроэлектронике сейчас.