Астрофизическая обсерватория "Астрон"

Комплекс научных исследований, проводимых с помощью КА «Астрон» в ультрафиолетовой и рентгеновской областях электромагнитного излучения, призван был обеспечить решение следующего круга проблем:

• исследование межзвёздной среды;
• изучение молодых звёзд большой массы;
• изучение перемешивания вещества в звёздах, установление места протекания ядер-ных реакций;
• изучение нестационарных ядер галактик;
• изучение круговорота материи (звёзды – межзвёздная среда – звёзды);
• обнаружение сверхтяжёлых элементов у горячих звёзд;
• поиск короткоживущих элементов у звёзд;
• определение содержания элементов кислородной группы у звёзд;
• изучение состава звёздных хромосфер и корон и др.

«Астрон» стал первым отечественный автоматическим космическим аппаратом, специализированным под качественно новую научную программу, включающую в себя:

• исследование в ультрафиолетовом диапазоне волн неподвижных звездных объектов и наблюдения протяженных или перемещающихся по небу источников излучения;
• исследование рентгеновских источников и проведение обзора небесной сферы в рентгеновском диапазоне;
• одновременное проведение наблюдений в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах волн.

Конструкция и структура служебного модуля «Астрона» по сравнению с базовым существенно изменена. Преобразование межпланетного КА в искусственный спутник Земли привело, прежде всего, к отказу от корректирующе - тормозной двигательной установки, включая, соответственно, ее топливные баки. Но блок баков КТДУ служил основным звеном в силовой схеме конструкции базового аппарата, поэтому для сохранения силовой схемы введен новый конструктивный элемент, повторяющий внешние контуры (геометрию и координаты посадочных мест) блока баков. Эту роль выполнил опорный цилиндр, позволивший объединить в создаваемом КА элементы конструкции «базы» с новыми, сугубо «астроновскими». Внутрь опорного цилиндра вмонтирована цилиндрическая рама с шаробаллонами для содержания запасов рабочего тела (азота) исполнительных органов системы ориентации.

Работая с внеатмосферной обсерваторией «Астрон», отечественные исследователи космоса впервые обрели богатый опыт длительных астрофизических наблюдений с борта непилотируемого космического аппарата. По своей результативности этот космический проект считается одним из самых успешных.

Всего исследовано более 200 объектов, в рентгеновском диапазоне - свыше 70 различных источников. Часть источников наблюдалась одновременно в рентгеновском и УФ-диапазонах.

Были получены спектры нескольких сотен звезд, нескольких десятков галактик и галактических эмиссионных туманностей, фоновых областей нашей Галактики, а также нескольких комет.

С 1985 по 1986 год наблюдалась динамика комы кометы Галлея, в конце февраля 1987 года зафиксирована вспышка Сверхновой в Большом Магелановом облаке, а 23 декабря 1983 года выполнены наблюдения симбиотической звезды в созвездии Андромеды.

Исследовались: звёзды, в том числе, с необычным химическим составом, новые и сверхновые звёзды, в частности Сверхновая 1987 года в Большом Магеллановом Облаке; другие галактики; газовые туманности и кометы.

Есть важнейшие достижения в изучении нестационарных явлений (выбросы и поглощение материи, взрывы) в звёздах, явлений ключевых для понимания процесса образования газопылевых туманностей.

Проведены многочисленные наблюдения распределения энергии в спектрах звезд; записаны профили спектральных линий, измерены потоки излучения во многих эмиссионных линиях в спектрах диффузионных галактических туманностей. С помощью УФ-спектрометров обнаружены линии, принадлежащие тяжелым элементам, и определено их содержание. В них зафиксирован избыток (в сотни раз больше, чем на Солнце) тяжелых элементов – свинца, вольфрама и урана, наличие и соотношение которых позволяют судить об эволюции объектов.

УФ-наблюдения нестационарных звезд впервые дали возможность непосредственно определить размеры и температуру их горячих компонент. В ходе наблюдений пекулярных галактик (peculiar - особенный, необычный) обнаружен избыток их УФ-излучения, свидетельствующий о высоком содержании очень горячих звезд в их звездном населении.

Проведены уникальные исследования подвижных объектов, таких как кометы Галлея, Вилсона, Соррелса и Бредфильда. Получены многочисленные спектры газовой комы кометы Галлея и ее фотометрические разрезы на разных расстояниях от ядра (в линии гидроксила). Один из важнейших результатов -- прямая оценка асимметричности в испарении ядра кометы Галлея на участках орбиты до и после перигелия. Анализ более 200 спектров кометы позволил отождествить основные компоненты излучения в УФ-диапазоне, найти скорость испарения вещества и оценить потерю массы кометы: 400 млн. тонн за одно сближение с Солнцем*. *При размере ядра кометы ~ 9 км время ее оставшейся жизни составляет ~200 тыс. лет.

В течение пяти лет с борта «Астрона» проводились также исследования астрообъектов с помощью комплекса рентгеновской аппаратуры. Часть представляющих особый интерес источников излучения подвергалась наблюдениям неоднократно. Исследованы - 8 барстеров, 15 рентгеновских пульсаров, 21 сильно переменный источник, 25 слабых источников (в их число входит Сверхновая 1987а, которая наблюдалась в 17 сеансах). Кроме того, ежегодно проводились наблюдения Крабовидной туманности, поток и спектр которой послужили «эталоном» при обработке результатов других наблюдений.

Степень развития космического машиностроения в СССР того времени в достаточной степени характеризует высокий уровень научно-технических решений, реализованных как в области создания конструкции космического телескопа, так и в области управления им при его работе.

НПО им. С.А. Лавочкина совместно с Крымской Астрофизической Обсерваторией (КрАО) и при участии Марсельской лаборатории (Франция) разработана уникальная конструкция крупнейшего, на момент запуска, космического телескопа,получившего наименование «Спика». УФ-спектрометр, расположенный в фокальной плоскости УФТ, и менисковый телескоп, служащий для отождествления звездных полей, созданы совместно специалистами СССР и Франции.

В конструкции телескопа воплощены новейшие достижения оптики, точной механики, материаловедения и технологии. УФТ «Спика» - двухзеркальный, зеркала сделаны из ситалла. Ситалл - стеклокристаллический материал*, имеющий практически нулевой коэффициент линейного расширения, использован во избежание влияния на работоспособность оптики резких температурных перепадов.
*Ситаллы - стеклокристаллические (микрокристаллические) материалы, получаемые путем направленной (катализированной) кристаллизации стекол специальных составов, протекающей в объеме заранее отформованного изделия.

Главному зеркалу придана форма мениска толщиной 6 см. Применено пленочное (путем напыления) двухслойное покрытие рабочей поверхности зеркал: сначала - алюминием, затем - слоем фтористого магния толщиной 250 A для повышения коэффициента отражения в ультрафиолете.

Оригинально решена конструкция бленд и диафрагм - элементов телескопа, предохраняющих зеркала от рассеянного (отраженного) света.

Наземная подготовка оптического прибора столь хорошо продумана и исполнена, что после штатных настроек, осуществленных с Земли, сразу началось выполнение намеченной программы полета.