13 lipca 2019 r. z kosmodromu Bajkonur odbył się przełomowy start dla krajowej kosmonautyki. Unikalne obserwatorium orbitalne „Spektr-RG” wyruszyło, by orać nieskończone przestrzenie, a jego lot trwa już prawie pięć dni. Unikalny teleskop został wystrzelony w kosmos przez rosyjską ciężką rakietę nośną "Proton-M" z górnym stopniem DM-03. Dwie godziny po wystrzeleniu obserwatorium orbitalne Spektor-RG z powodzeniem oddzieliło się od górnego stopnia. Oczekuje się, że nowy teleskop rentgenowski zajmie okolice punktu L2 Lagrange'a po około 100 dniach lotu, po czym będzie mógł rozpocząć obserwacje Wszechświata.
Należy zauważyć, że „Spectrum-RG” jest już drugim aparatem naukowym z serii „Spectrum”. Pierwszy rosyjski statek kosmiczny Spektr-R (Radioastron) został pomyślnie wystrzelony na orbitę 18 lipca 2011 roku, jego cykl życia zakończył się w styczniu 2019 roku. Obecnie trwają prace nad trzecim i czwartym statkiem kosmicznym z serii Spectrum. Są to nowe teleskopy kosmiczne Spektr-UF (Ultraviolet) i Spektr-M (Millimetron), które są opracowywane przez Roskosmos w ścisłej współpracy z innymi państwami. Start tych dwóch teleskopów nastąpi nie wcześniej niż w 2025 roku, a międzynarodowe środowisko naukowe wiąże z nimi wielkie nadzieje, ponieważ oba projekty są wyjątkowe, otwierając nowe możliwości badania kosmosu. Urządzenia mają pomóc odpowiedzieć na wiele pytań z dziedziny astrofizyki i kosmologii.
Projekt „Widmo-RG”
Od pomysłu do realizacji projektu minęło ponad 30 lat. Koncepcja nowego naukowego statku kosmicznego została opracowana w 1987 roku. Przedstawiciele Związku Radzieckiego, NRD, Finlandii, Włoch i Wielkiej Brytanii wspólnie pracowali nad stworzeniem obserwatorium astrofizycznego. Projektowanie urządzenia rozpoczęto w 1988 roku. Proces ten został powierzony inżynierom Stowarzyszenia Naukowo-Produkcyjnego Ławoczkina, a Instytut Badań Kosmicznych Akademii Nauk ZSRR był zaangażowany w koordynację prac nad projektem.
Późniejszy upadek ZSRR, problemy przemysłowe i gospodarcze na przełomie lat 80. i 90. oraz chroniczne niedofinansowanie prac poważnie opóźniły przygotowanie obserwatorium Spektr-RG. Projekt opóźnił się, gdy pojawiło się finansowanie, pojawiły się nowe trudności. W tym czasie wypełnienie i skład wyposażenia urządzenia zostały kilkakrotnie całkowicie zaktualizowane, technologie, jak wiadomo, nie stoją w miejscu. Zmienił się również skład uczestników projektu, ostatecznie oprócz Rosji w projekcie pozostały Niemcy. Porozumienie między Federalną Agencją Kosmiczną reprezentowaną przez Roskosmos a Niemieckim Centrum Kosmicznym (DLR) zostało podpisane w 2009 roku w ramach Międzynarodowego Salonu Lotniczo-Kosmicznego MAKS-2009. Zmienił się także skład zadań naukowych rozwiązywanych przez aparat, gdyż część z nich przestała interesować badaczy. W rezultacie ostateczny wygląd statku kosmicznego w formie, w jakiej został wystrzelony w kosmos, powstał zaledwie kilka lat temu, a proces jego koordynacji również zajął trochę czasu. Jednocześnie nasi niemieccy partnerzy również napotkali trudności w procesie produkcyjnym urządzenia.
W wypełnionej formie nowe orbitalne obserwatorium astrofizyczne „Spectrum-RG” („Spectrum-Rengten-Gamma”) ma skompilować kompletną mapę Wszechświata w zakresie rentgenowskim widma. Należy zauważyć, że jest to pierwszy teleskop w historii Rosji (biorąc pod uwagę okres sowiecki) wyposażony w optykę skośną. Przez co najmniej pięć następnych lat obserwatorium Spektr-RG stanie się jedynym na świecie projektem astronomii rentgenowskiej. Jak zauważono w Roskosmos, przegląd całego nieba przez nowoczesne obserwatorium orbitalne „Spektr-RG” będzie nowym krokiem w astronomii rentgenowskiej, która zaczęła się aktywnie rozwijać 55 lat temu.
Role w projekcie Spektr-RG są podzielone w następujący sposób. Satelita (platforma Navigator) jest rosyjskim opracowaniem, start z Bajkonuru jest rosyjski (rakieta Proton-M), głównym teleskopem jest niemiecka eROSITA, dodatkowym, towarzyszącym jest rosyjski ART-XC. Obydwa teleskopy lustrzane, działające na zasadzie skośnej optyki promieniowania rentgenowskiego, są unikalnymi rozwiązaniami, które mają się wzajemnie uzupełniać, dając obserwatorium możliwość pełnego widoku gwiaździstego nieba z rekordową czułością nigdy wcześniej nie używaną.
Obserwatorium orbitalne „Spektr-RG”
Unikalny teleskop rentgenowski, wystrzelony 13 lipca, składa się z kilku głównych jednostek. Obserwatorium orbitalne Spektr-RG zawiera podstawowy moduł systemów obsługi, za których opracowanie odpowiadali inżynierowie rosyjskiego NPO. Ławoczkina. Moduł ten został przez nich opracowany na podstawie wielofunkcyjnego modułu serwisowego „Navigator”, który z powodzeniem sprawdził się już w wielu programach kosmicznych. Oprócz modułu podstawowego obserwatorium orbitalne obejmuje kompleks aparatury naukowej, podstawę kompleksu stanowią dwa teleskopy rentgenowskie. Według oficjalnej strony internetowej firmy Roscosmos całkowita masa napędzanego statku kosmicznego Spektr-RG wynosi 2712,5 kg, ładowność 1210 kg, moc elektryczna obserwatorium to 1805 W, szybkość transmisji danych (informacje naukowe) to 512 Kbit/s, okres aktywnej pracy naukowej – 6, 5 lat.
Głównym wyposażeniem obserwatorium orbitalnego, które teraz trafia do punktu L2 Lagrange'a, są unikalne rentgenowskie teleskopy lustrzane stworzone przez projektantów z Niemiec i Rosji. Oba teleskopy działają na zasadzie skośnej optyki promieniowania rentgenowskiego. Jak zauważono w Roskosmosie, fotony rentgenowskie mają bardzo wysoką energię. Aby odbić się od powierzchni zwierciadlanej, fotony muszą trafić w nią pod bardzo małym kątem. Z tego powodu zwierciadła rentgenowskie stosowane w teleskopach obserwatorium orbitalnego Spektr-RG są specjalnie wykonane wydłużone, a w celu zwiększenia liczby rejestrowanych fotonów zwierciadła są wstawiane jeden w drugi, w wyniku czego powstaje układ składający się z kilka muszli. Według doniesień, zarówno niemiecki, jak i rosyjski teleskopy rentgenowskie składają się z siedmiu modułów z detektorami rentgenowskimi.
Za stworzenie i produkcję rosyjskiego teleskopu rentgenowskiego, który otrzymał oznaczenie ART-XC, inżynierowie Instytutu Badań Kosmicznych Rosyjskiej Akademii Nauk, którzy ściśle współpracowali z Rosyjskim Federalnym Centrum Jądrowym z siedzibą w Sarowie, były odpowiedzialne. Stworzony przez rosyjskich naukowców teleskop rentgenowski ART-XC rozszerza możliwości i zakres energii działania niemieckiego teleskopu montażowego eROSITA w kierunku wyższych energii (do 30 keV). Zakresy energetyczne dwóch teleskopów rentgenowskich zainstalowanych na pokładzie statku kosmicznego Spektr-RG pokrywają się, co zapewnia sprzętowi naukowemu przewagę w zakresie zwiększenia wiarygodności wyników badań i wykonywania kalibracji sprzętu na orbicie.
Inżynierowie z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka byli odpowiedzialni za stworzenie i produkcję niemieckiego teleskopu rentgenowskiego o nazwie eROSITA. Jak zaznaczono na oficjalnej stronie internetowej Roskosmosu, urządzenie naukowe stworzone w Niemczech pozwoli po raz pierwszy w historii dokonać przeglądu całego nieba gwiaździstego w zakresie energii od 0,5 do 10 keV. Jednocześnie eksperci zauważają, że teleskop wyprodukowany w Niemczech jest bardziej „wielkooki”, jego pełne pole widzenia i rozdzielczość kątowa są wyższe niż rosyjskiego teleskopu ART-XC. Jednocześnie eROSITA jest gorszy od rosyjskiego teleskopu pod względem zasięgu energetycznego. Dlatego dwa teleskopy rentgenowskie na pokładzie statku kosmicznego Spektr-RG uzupełniają się i odpowiadają za rozwiązywanie różnych problemów.
Program lotu i znaczenie naukowe
Program badań naukowych zakłada, że nowy statek kosmiczny Spektr-RG będzie wykorzystywany do różnych obserwacji astrofizycznych przez 6, 5 lat i pomoże naukowcom odpowiedzieć na wiele pytań z dziedziny astrofizyki i kosmologii. Przez cztery lata obserwatorium będzie działać w trybie skanowania gwiaździstego nieba, pozostałe 2,5 roku - w trybie punktowej obserwacji różnych obiektów kosmicznych w trybie stabilizacji trójosiowej na podstawie wniosków otrzymanych od światowego środowiska naukowego. Planowana jest obserwacja zarówno poszczególnych obiektów kosmicznych, interesujących naukowców, jak i wybranych obszarów sfery niebieskiej. W tym w zakresie promieniowania rentgenowskiego o twardej energii do 30 keV, dzięki rosyjskiemu teleskopowi rentgenowskiemu. Kolejne 100 dni (około trzech miesięcy) zajmie lot teleskopu kosmicznego z Ziemi do punktu Lagrange'a L2 i pierwsze obserwacje testowe ciał niebieskich.
Sonda nie została przypadkowo wystrzelona na orbitę w punkcie L2 w odległości około 1,5 miliona kilometrów od Ziemi. Ten punkt jest uważany za najbardziej odpowiedni do przeglądu całego nieba. Jak zauważają eksperci, obracając się wokół własnej osi (w przybliżeniu odpowiada kierunkowi do Słońca), obserwatorium kosmiczne będzie w stanie przeprowadzić pełny przegląd sfery niebieskiej za sześć miesięcy, podczas gdy Słońce nie będzie w swoim polu widzenia. W ciągu czterech lat funkcjonowania aparatura naukowa będzie w stanie wykonać jednocześnie 8 przeglądów całego nieba, co pozwoli naukowcom uzyskać wiele nowych informacji astrofizycznych. Jednocześnie ze względu na manewry korekcyjne konieczne będzie rozwiązanie dość złożonego problemu, polegającego na utrzymaniu statku kosmicznego na orbicie w danym punkcie.
Wiadomo, że wszystkie dane z rosyjskiego teleskopu ART-XC będą w całości należeć do Rosji, a dane z teleskopu eROSITA dzielą się w połowie między Rosję i Niemcy. Choć może to zabrzmieć śmiesznie, postanowiono podzielić niebo na dwie części. Wszystkie dane dotyczące jednej połowy nieba z 4 lat badań, kiedy teleskop będzie skanował Wszechświat, będą należeć do Rosji, a na drugiej połowie nieba - do Niemiec. W przyszłości same kraje będą decydować między sobą, jak rozporządzać otrzymanymi danymi, jak dzielić się informacjami z innymi krajami i w jakim zakresie.
Główną misją aparatu Spektr-RG jest opracowanie szczegółowej „mapy” Wszechświata w widmie rentgenowskim z jądrami aktywnych galaktyk i dużymi gromadami galaktyk. Naukowcy mają nadzieję, że w ciągu 6, 5 lat aktywnej pracy naukowej obserwatorium pomoże ludzkości odkryć setki tysięcy gwiazd z aktywną koroną, dziesiątki tysięcy galaktyk gwiazdotwórczych i około trzech milionów supermasywnych czarnych dziur, a także ogromna liczba innych obiektów, znacznie poszerzających naszą wiedzę o Wszechświecie, pomoże lepiej zrozumieć procesy jego ewolucji. Oczekuje się również, że nowy statek kosmiczny pomoże w badaniu właściwości gorącej plazmy międzygwiazdowej. Praca obserwatorium cieszy się dużym zainteresowaniem całej międzynarodowej nauki. W rzeczywistości nowy statek kosmiczny umożliwia uzyskanie danych o wszystkich obiektach astronomicznych znanych nauce.
Wielkoskalowa mapa naszego wszechświata, której naukowcy jeszcze nie mieli, przypomina podróże w czasie, co pomoże odpowiedzieć na wiele pytań. Jednym z najważniejszych pytań, na które teleskop Spectr-RG pomoże ludzkości odpowiedzieć, jest pytanie, jak przebiegała ewolucja gromad galaktyk w ciągu całego istnienia naszego Wszechświata.
