Часть 1. Радиотелескопы ДКР-1000 и БСА.
Пущинская радиоастрономическая обсерватория АКЦ ФИАН — старейшее научное учреждение России, занимающееся радиоастрономией. ПРАО основана 11 апреля 1956 года Распоряжением Совета Министров СССР как Радиоастрономическая станция ФИАН (РАС ФИАН) на базе постоянно действовавших c 1948 года в Крыму экспедиций. В 1990 году она вошла в состав Астрокосмического центра ФИАН, а в 1996 году была переименована в обсерваторию и получила современное название.
В настоящее время на территории обсерватории функционируют несколько телескопов:
• 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 — 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.
Первая часть данной публикации будет посвящена ДКР-1000 и БСА, а во второй части мы подробнее познакомимся с радиотелескопом РТ-22 и посмотрим полигон где проводились испытания космического радиотелескопа КРТ-10.
Спасибо
![[info]](http://l-stat.livejournal.com/img/userinfo.gif){kind=small}
Александру Попову (russos) за компанию!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.
1. Антенна Восток-Запад состоит из 37 мачт с 40-метровыми параболическими фермами.
2. Между ними натянуты проволоки, которые образуют зеркало рефлектора.
3. Угол места всей километровой конструкции меняется поворотом механизмов одновременно на всех 37 мачтах.
4. Телескопу уже более 45 лет, металлические конструкции к сожалению не вечны, и местами уже прогнили. В этом году опоры покрасили, а части сгнивших труб поэтапно вырезают и вваривают новые.
5. Вдоль фокальных линий обеих антенн расположены широкодиапазонные облучатели, позволяющие вести наблюдения на волнах от 2,5 до 10 м.
6. В ветренную погоду, ветер играет в проводах рефлектора радиотелескопа и можно услышать «пение» телескопа. Говорят, Сергей Бондарчук использовал запись этого звука в фильме «Война и мир».
7. Шестерня редуктора привода управления углом наклона. Поворот происходит достаточно медленно, ведь все 37 моторов должны работать синхронно. Величина рассинхронизации выводится на контрольный пульт управления.
8. Монстрообразное сооружение.
9. Вот, например, кадр с автомобилем, чтобы был лучше понятен масштаб.
10. А это антенна «Юг-Север». Представляет собой неподвижный рефлектор на поверхности земли. В конце 90х годов была разворована охотниками за цветными металлами. С тех пор не используется.
11. Фокальная ось радиотелескопа.
12. Облучатели.
13. Все провода медные, поэтому под воздействием окружающей среды окислились и покрылись зеленым налетом.
14. Интересный факт из жизни радиотелескопа — после пожара на Останкинской телебашне, полгода в обсерватории могли принимать сигналы без помех, что крайне положительно сказалось на результатах исследований.
15. А это здание командного пункта, отсюда управляют радиотелескопом и сюда же поступает вся полученная информация для обработки.
16. Управляющая электроника.
17. Самописец пишет принимаемый сигнал. По большей части, самописец работает лишь для контроля — все данные параллельно записываются на жесткий диск обычных компьютеров.
18. Приборы.
19. Коммутация различных проводов.
20. Еще приборы.
21. В лаборатории царит очень спокойная атмосфера, совершенно без суеты.
22. А это новый экспериментальный радиотелескоп. Такие конструкции небольшими группами расположены по всей территории радиообсерватории и соединены в единую сеть.
БСА
23. Радиотелескоп БСА, издалека напоминающий теплицу. БСА расшифровывается как большая сканирующая антенна. Рабочая длина волны — 3 метра, и в этом диапазоне БСА является самым чувствительным телескопом в мире.
24. Общая площадь, занимаемая антенной составляет около 80 000 кв. м. — прямоугольник размером 190х380 метров.
25. Его антенная решетка состоит из 16384 вибраторов. Антенное поле БСА двухслойное, вверху составляющие ФАР диполи, внизу — проволочная решетка рефлектора. Изначально, БСА работала на частоте 102,5 МГц, но в середине 90х годов, когда началось активное освоение FM-диапазона для радиовещания, пришлось перестроить антенну на рабочую частоту 109-113 МГц.
26. Несмотря на довольно простую конструкцию, с БСА получают более 70% от всей информации, обрабатываемой в обсерватории. 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.
Часть 2. Радиотелескоп РТ-22 и полигон для испытаний космического радиотелескопа КРТ-10.
В прошлой части мы познакомились с радиотелескопами ДКР-1000 и БСА, а в этой части переходим к старейшему телескопу в обсерватории — РТ-22.
Спасибо Александру Попову (russos) за компанию!
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.
Система наведение и сопровождения, разработанная и созданная НИИ автоматики и гидравлики (ЦНИИАГ), была основана на сельсинных схемах измерения азимута и угла места радиотелескопа и аналогового преобразователя координат на основе синус- косинусных вращающихся трансформаторов. Такая система обеспечила точность наведения и сопровождения в 2-3 угловые минуты, достаточную для наблюдений на сантиметровых волнах. Для более точного наведения и сопровождения наблюдаемых объектов на радиотелескопе был установлен оптический гидирующий телескоп, соосный с электрической осью антенны, оснащенный ручным пультом наведения на наблюдаемый объект. Была создана и установлена наиболее совершенная на уровне радиотехники того времени радиоприемная аппаратура, включавшая модуляционные радиометры на волны 8 мм, 1.6, 3.2 и 9.6 см на основе супергетеродинных приемников с кристаллическими смесителями на входе. Первые наблюдения на РТ-22 начались в мае 1959 года.
На первом этапе круг решаемых задач включал исследования Солнца, Луны, планет и дискретных источников радиоизлучения. Так, с использованием высокого углового разрешения инструмента были получены первые карты распределение радиояркости по диску Солнца. Спустя некоторое время после ввода радиотелескопа РТ-22 в эксплуатацию был выполнен ряд работ по повышению его эффективности на основе новых разработок в радиоприемной технике. Так, в первых наблюдениях на РТ-22 использовались простые смесительные приемники. Их шумовая температура составляла несколько тысяч градусов. В 1961 г. радиотелескоп был оснащен более чувствительными радиометрами на волны 3.3 и 1.6 см с параметрическими усилителями на входе (В.П. Бибинова, А.Д. Кузьмин, М.Т. Левченко, В.И. Пушкарев, А.Е. Саломонович, И.В. Шавловский). Их шумовая температура составляла 425 К и 850 К соответственно, что повысило чувствительность радиометров в несколько раз и существенно расширило возможности радиоастрономических наблюдений.
В 1963 году на радиотелескопе, по инициативе заведующего лабораторией колебаний ФИАН А.М.Прохорова, в качестве входного усилителя на волну 21 см был применен мазер (квантовый парамагнитный усилитель), разработанный аспирантом Р.М. Мартиросяном. Это был первый в СССР мазер, созданный для радиоастрономии. Шумовая температура системы РТ-22 при использовании радиометра с мазером составила 180 К. Успешное применение мазера на волну 21 см в комплексе радиотелескопа оказало далеко-идущее воздействие на развитие аппаратурной базы РТ-22. Трудности эксплуатации мазера, требующего жидкого гелия, окупались резким повышением чувствительности. При этом открывались принципиально новые возможности для радиоастрономических исследований. Было решено оснастить радиотелескоп мазерами на несколько диапазонов длин волн.
Начиная с середины 60-х годов, одним из основных направлений исследований на РТ-22 стала спектральная радиоастрономия. Для обеспечения наблюдений спектральных линий аппаратурный комплекс РТ-22 был укомплектован системой стабильных частот (ССЧ) и анализаторами спектра. ССЧ обеспечивала высокостабильные и, в тоже время, перестраиваемые частоты первых гетеродинов радиометров на волны 8 мм и 1,3 см. Это позволяло настроить каждый из приемников на прием выбранной спектральной линии. При этом обеспечивалась необходимая точность настройки до восьмого знака частоты.
Первая система наведения и сопровождения радиотелескопа, разработанная и созданная НИИ автоматики и гидравлики (ЦНИИАГ), в 1955-57 г.г. на основе лучших технических решений того времени, и установленная на радиотелескопе в 1959 г., была построена на аналоговых элементах и обеспечивала точность, достаточную лишь для наблюдений на сантиметровых волнах. Наблюдения на миллиметровых волнах проводились в режиме визуального гидирования наблюдаемого объекта с помощью оптического телескопа. Оптическое гидирование по звездам, обеспечивающее необходимую точность, могло осуществляться только ясными ночами. По многолетним метеоданным в Серпуховском районе число ясных ночей в Пущино составляет около 20%. Поэтому время использования этого уникального инструмента в режиме визуального наблюдения составляло лишь около 10%.
По указанным причинам в начале 70-х годов совместными усилиями лаборатории радиоастрономии и отдела счетно-решающих устройств ФИАН был разработан проект автоматизации исследований на РТ-22 с помощью ЭВМ. Проект был основан на применении появившихся в то время первых отечественных ЭВМ III поколения М-6000. Принципиальным моментом была комплексность автоматизации. На ЭВМ возлагалось ведение всего радиоастрономического эксперимента: наведение радиотелескопа, управление приемной аппаратурой, сбор и обработка информации, выдача ее в удобном виде. ЦНИИАГ осуществил модернизацию следящего привода на основе цифровых элементов, обеспечивающих точность, достаточную для наблюдений на миллиметровых волнах и подключение его к новой системе автоматизации. Реализация проекта потребовала многолетних усилий всех упомянутых выше коллективов и была завершена в 1978 году. Это была первая в СССР комплексная автоматизация радиоастрономических исследований на радиотелескопе. Были решены все поставленные задачи. Заботы по наблюдениям приняла на себя ЭВМ, увеличив время использования этого уникального инструмента до 10 раз. Операторы телескопа, освобожденные от утомительного оптического гидирования в кабине гида, заняли свое место за пультом управления в аппаратном зале.
Быстрое развитие электронно-вычислительной техники потребовало систематического обновления системы автоматизации РТ-22, что последовательно осуществлял С.В. Логвиненко. В 1987 году вместо первой ЭВМ М-6000 была применена ЭВМ СМ-2М, работающая совместно с двумя микро-ЭВМ СМ1634. Этот комплекс ЭВМ был более быстродействующим, имел больший объем оперативной памяти и более современные средства ввода и вывода информации. Он проработал 8 лет.
Очередная модернизация была проведена в 1996 г. Система автоматизации была переведена на ЭВМ IBM PC. Структура, в которую вошли три PC, была построена по правилам распределенных вычислительных систем. Это сделало возможным отображать на экране дисплея траекторию движения телескопа, реальные и расчетные координаты, стадии процесса накопления данных наблюдений, текущие и усредненные спектрограммы, другую полезную информацию.
В результате последней модернизации, проведенной в 2002 году, комплекс автоматизации стал работать на основе сетевой операционной системы Linux. Это позволило интегрировать систему автоматизации РТ-22 в локальную сеть обсерватории и в глобальную сеть Интернет. Стал возможным удаленный режим наблюдений, при котором наблюдателю нет необходимости быть на телескопе. Он может осуществлять процесс наблюдений, находясь на своем рабочем месте, имеющим выход в Интернет. Все перечисленные этапы модернизации системы автоматизации РТ-22 последовательно осуществлялись по инициативе и под непосредственным руководством заведующего лабораторией автоматизации научных исследований С.В. Логвиненко.
Несмотря на свой почти 50-летний возраст, радиотелескоп РТ-22, благодаря систематической модернизации его антенно-аппаратурного комплекса, продолжает оставаться в строю в качестве действующей уникальной научной установки. Телескоп допускает работу как из первичного, так и из вторичного фокусов. Во вторичном фокусе работают современные высокочувствительные приемники на волны 8 мм и 1.35 см с малошумящими усилителями, охлаждаемыми в системах замкнутого цикла до 20 К. Для проведения спектроскопических исследований телескоп оснащен 2048-канальным цифровым анализатором спектра с шириной полосы анализа от 3,125 до 50 МГц. Спектральный анализ может проводиться в диапазоне частот 34-38 ГГц и 22-25 ГГц. Из первичного фокуса телескоп работает на более длинных волнах, в основном, в сети радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ).
Система автоматизации РТ-22, имеющая в своем составе три ЭВМ IBM PC, осуществляет управлением всем процессом наблюдений с выдачей необходимой информации на экран монитора. Проведение наблюдений возможно как непосредственно на радиотелескопе, так и дистанционно через сеть Интернет.
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.
Текст взят с сайта обсерватории - prao.ru
1. Итак, общий вид радиотелескопа. Как уже упоминалось выше — его вес составляет более 450 тонн. Вышка справа предназначена для установки аппаратуры в центральный контейнер. На телескопах с большим диаметром в ней нет необходимости, т.к. доступ осуществляется по внутренним лестницам.
2. Диаметр рефлектора радиотелескопа — 22 метра. Листы поверхности рефлектора закреплены на регулируемых шпильках, что позволило добится высокой точности монтажа отражающей поверхности. Кружки в центре рефлектора — облучатели, именно сюда попадает принятый сигнал. 
3. Это аппаратный зал, аппарат по центру показывает азимут и угол места радиотелескопа. Отсюда же осуществляется управление радиотелескопом. Рядом установлен обыкновенный IBM PC компьютер, на котором продублирована возможность управления положением радиотелескопа.
4. Но самое интересное находится внутри радиотелескопа, а именно — в его основании. На самом деле основание телескопа это поворотный лафет от корабельного орудия, с недостроенного и разобранного линкора.
5. Шестерня поворотного привода.
6. Огромное количество силовых и информационных кабелей, по
ним принятый сигнал передается в аппаратную. Длины кабелей достаточно для одного полного оборота телескопа. Поскольку основные исследования проводятся на южном направлении при работе это ограничение не мешает.
7. Внизу полное ощущение того, что находишься на корабле. Толстенное железо с громадными заклепками и теснота.
8. Переход между секциями. Судя по их количеству, это был трехорудийный лафет.
9. Рабочая комната в бытовке установленной прямо на опорно-поворотной части телескопа. Слева щитовая, а в правом нижнем углу криогенная установка для охлаждения облучателей жидким водородом. Охлаждение облучателей позволяет существенно снизить шумы.
10. А это старый пульт управления положением рефлектора. Слева управление азимутом, а справа установка угла места. В данный момент не используется ввиду автоматизированной системы управления, но в случае необходимости может быть включен.
11. Вид с верхней площадки рядом с осью рефлектора. 
12. Противовесы рефлектора и электродвигатели управляющие наклоном телескопа.
13. Аппаратный зал располагается вот в таком домике.
14. Вид на рефлектор сзади.
15. Основание телескопа.
16. Вот он какой, РТ-22.
И еще несколько слов про космический радиотелескоп КРТ-10. Здесь, на территории обсерватории был построен специальный полигон для тестирования и калибровки поворотного механизма КРТ-10. Здание полигона имеет огромную сдвижную крышу, под которой был закреплен тестируемый радиотелескоп.
17. Телескоп успешно протестировали и увезли.
18. Сейчас же полигон пустует, на основной платформе установлена система гирь, для компенсации веса противовесов.
19. Вид сверху. Запуск проекта РадиоАстрон намечен на 21 июня 2010 года.
Собственно на этом, наша прогулка по обсерватории заканчивается. Спасибо за внимание!