Как собирали российский рентгеновский телескоп для орбитальной обсерватории
Под руководством Сергея Григоровича изготавливается российская часть будущей космической обсерватории «Спектр-РГ». В ходе ее работы ожидается, что рентгеновские телескопы, установленные на спутнике — а это «еРозита», который разрабатывается в Германии, и российский AРT-XC, — сделают обзор всего неба в двух рентгеновских диапазонах. Это позволит открыть огромное количество (например, около 100 тыс.) таких интересных объектов, как массивные скопления галактик,
что позволит исследовать крупномасштабную структуру Вселенной, проверить космологические модели, а также глубже узнать и, может быть, даже понять природу темной энергии.
— Сергей Викторович, как для вашего института была сформулирована задача по созданию рентгеновского телескопа для космической обсерватории? — В 2006 году замдиректора ИКИ РАН Михаил Павлинский, будучи в Сарове, спросил, не могли бы взяться за такую задачу. До этого мы занимались рентгеновской оптикой и, оценив наши силы, согласились, потому и получился такой альянс — Академия наук и РФЯЦ-ВНИИЭФ.
— В чем специфика создания не оптического, а именно рентгеновского телескопа? — Космические источники в рентгеновском диапазоне излучают довольно слабо, поэтому цель — собрать на детектор как можно больше энергии. Сделать это можно при помощи зеркал скользящего падения, в которых происходит полное отражение фотонов.
Основа телескопа — семь «матрешек», каждая из которых состоит из 28 конических зеркал, вставленных одно в другое с небольшими зазорами.
Эти «матрешки» позволяют перехватывать рентгеновское излучение в диапазоне от 5 до 30 кЭв, чем дальше от центра — тем более мягкие фотоны мы ловим.
— Каждое такое зеркало имеет форму параболоида? — Там сочетание двух поверхностей — гиперболы и параболы.
— Как и из чего изготавливают эти зеркала? — Технология такая. Сначала вытачивается своеобразная металлическая «скалка». Причем размеры шероховатостей поверхности не превышает 4 ангстрем. Затем при помощи метода гальванопластики на «скалку» осаждается никель толщиной несколько десятых долей миллиметра. При этом материал «скалки» и оболочки подбирается так, что при охлаждении «скалка отщелкивается» от оболочки. Так, при помощи метода реплики мы получаем вогнутую поверхность зеркала, потому что проточить и отшлифовать подобную поверхность изнутри существующими технологиями невозможно.
На изготовление зеркал мы потратили около двух лет.
— Технология изготовления таких зеркал новая? — В России не было такой технологии, фактически мы — первопроходцы. Ведь когда вынули «скалку», у никеля есть еще остаточное напряжение. И чтобы он не деформировался, надо было подобрать режимы термообработки и скорости осаждения. Всего этого ни в каких учебниках описано не было. Для этого пришлось создать и новое оборудование, и новые технологии. Важно то, что мы хотим развивать эту технологию, и уже есть задачи, которые будут иметь прикладной характер.
— Можно об этом рассказать? — Речь идет об астронавигации. Дело в том, что рентгеновские пульсары во Вселенной являются источником модулированного по амплитуде рентгеновского излучения, которое может быть опорным излучением,
по которому можно решить все вопросы навигации космических аппаратов – вычисление скорости и координат по нескольким источникам.
— Что представляют собой датчики, в которые будет попадать излучение? — Датчики созданы в ИКИ РАН. Это полупроводниковый прибор, аналогичный ПЗС-матрице в оптике, замыкаемый на микросхему, которая обрабатывает сигналы.
— В чем отличие вашего телескопа от европейского «еРозита», который будет также стоять в обсерватории? — Принципиальных различий нет, только «еРозита» будет смотреть в более мягком диапазоне — от 1 до 8 кЭв. Их телескоп имеет более короткие зеркала.
— Каким образом примененные вами технологии связаны с атомной сферой, которой занимается ВНИИЭФ? — Это длинная история. В свое время, когда Николай Басов только открыл лазер, он приехал сюда, к Юлию Харитону, и предложил ему заняться лазерами. Так возникло наше лазерное направление.
— Сколько времени и средств потрачено на телескоп? И сколько образцов требуется построить? — Работа над телескопом идет седьмой год. Всего будет четыре образца, сейчас изготовлены два. Есть образец для доводочных испытаний, по результатам которых дается заключение о годности к запуску. Есть так называемый массово-тепловой эквивалент, в котором проверяются схемно-конструкторские решения, прочностные и тепловые характеристики, и технологический образец, на котором проверяется взаимодействие телескопа с бортом космической платформы.
Сейчас последний находится в НПО им С.А. Лавочкина, где проходят испытания.
В марте 2016 года мы привозим в НПО летный образец. Работы идут по расписанию, согласно которому запуск должен состояться осенью 2016 года.