​С помощью трех российских телескопов, расположенных в вершинах гигантского треугольника, можно составить трехмерную карту земной поверхности с точностью до одного миллиметра​. 
  
В обсерватории Светлое Института прикладной астрономии (ИПА) РАН под Петербургом 4 декабря сдан в эксплуатацию радиотелескоп РТ-13. Вместе с построенными в 2014 и 2015 годах аналогичными антеннами в Иркутской области (обсерватория Бадары) и в Карачаево-Черкесии (обсерватория Зеленчукская) он образовал гигантский треугольник со сторонами 2015, 4282 и 4405 километров. Все три телескопа объединены в единую систему под управлением суперкомпьютера, входящего в сотню самых мощных в стране, в каждой обсерватории установлен водородный эталон времени. Всё это вместе представляет собой уникальную научную установку — интерферометр. 

 
Все три телескопа построены в рамках проекта «Квазар-КВО» (координатно-временное обеспечение), который реализуется для обеспечения страны фундаментальными системами координат. Подобные постоянно действующие радиоинтерферометры есть всего у двух стран мира — России и США, обладание ими является элементом государственного суверенитета. В американской системе сейчас работает десять радиотелескопов. 

 
Интерферометр принимает сигналы, которые приходят от самых удаленных объектов — остатков сверхновых звезд, активных ядер далеких галактик, квазаров, расположенных на таком непостижимо огромном расстоянии от наблюдателя на Земле — миллиарды световых лет, — что скорость их движения с Земли кажется близкой к нулю, ею можно пренебречь и считать, что эти объекты неподвижны. 

 
Квазары часто называют маяками Вселенной. Это квазизвездные радиоисточники. Астрономы всего мира используют их как точки отсчета для построения небесной и земной систем координат. Прежде той же цели служили вначале Солнце, потом звезды. 

 
 Немецкие производители предложили впятеро более низкую цену, чем Обуховский завод в Санкт-Петербурге, втрое более низкую, чем завод в Сызрани, вдвое более низкую, чем петербургский завод «Барс» 

 
 
Когда три одинаковых радиотелескопа идеально синхронно (это обеспечивают водородные стандарты частоты) наводятся на определенный квазар, для каждой пары радиотелескопов суперкомпьютер выполняет корреляцию — накладывает сигналы квазара, записанные на станциях, друг на друга, с учетом смещений, вызванных вращением Земли, и вычисляет задержку — разность времени прихода одного и того же радиокванта на радиотелескоп. 

 
«Точность вычисления задержки составляет единицы-десятки пикосекунд (одна пикосекунда составляет одну триллионную секунды)», — пояснил «Стимулу» Игорь Суркис, заведующий лабораторией корреляционной обработки ИПА РАН. ​​

 
По полученным задержкам выполняется построение трехмерного объекта в пространстве. Ученые вычисляют координаты самого квазара, координаты радиотелескопов и координаты небесного полюса. Это и есть фундаментальные координаты, по которым можно составить трехмерную карту земной поверхности с точностью до миллиметра. А это уже задача Роскартографии, которая решается с помощью российской глобальной навигационной системы ГЛОНАСС, состоящей из группировки спутников на орбите и сети наземных станций. Но без фундаментальных координат глобальная навигационная система функционировать не может. 

 
Использовать в качестве точек отсчета для построения карты такой высокой точности какой-либо объект на Земле нельзя, поскольку Земля вращается неравномерно, а также не является геометрически точным шаром. Интерферометр ИПА РАН позволяет учесть эти особенности без потери точности исходных (фундаментальных) координат. 

 
схема системы Квазар-КВО.jpg
 
 
РТ3 СХЕМА.jpg Схема расположения радиоинтерферометра системы "Квазар-КВО"
ИПА РАН

 
ОТ БЛОКАДНОГО РАДАРА К РСДБ-ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ 

Радиоастрономия пережила период бурного развития в XX веке. Как заметил вице-президент РАН академик Юрий Балега, толчком к этому послужило военное противостояние фашизму. Во время Великой Отечественной войны от качества радара зависело, прорвется ли вражеский самолет бомбить советский город. В Ленинградском Физтехе создали такой радар, который позволял засечь противника задолго до подлета к Ленинграду и послать эскадрилью навстречу. Благодаря этому изобретению блокадный город меньше бомбили, чем обстреливали из артиллерийских орудий с Пулковских высот. 

После войны астрономическая наука, и радиоастрономия в том числе, активно развивалась благодаря освоению космоса. В постсоветское врем вслед за сокращением активности в сфере освоения космоса последовал и спад в астрономии. Но в ИПА этого словно не замечают. Кто-то считает, что радиоинтерферометрии повезло, она оказалась счастливым исключением; другие видят, каких усилий институту и его сотрудникам стоит держаться принятого курса и строить телескопы, несмотря ни на что.

После войны астрономическая наука, и радиоастрономия в том числе, активно развивалась благодаря освоению космоса. В постсоветское врем вслед за сокращением активности в сфере освоения космоса последовал и спад в астрономии. Но в ИПА этого словно не замечают ​

 
 
Система обеспечения страны фундаментальными координатами создается более тридцати лет. 

 
«Она появилась у радиоастрономов, научных сотрудников Специальной астрофизической обсерватории (САО) РАН, на тот момент Академии наук СССР, Андрея Финкельштейна и Александра Ипатова», — рассказал «Стимулу» Юрий Балега.  

 
Для решения этой прикладной задачи в 1987 году из состава САО была выделена особая научная группа, которая образовала новый академический институт — Институт прикладной астрономии. 

 
«Первоначально проект назывался “Квазар”. Он предполагал строительство системы из двенадцати обсерваторий: девять на территории СССР, включая союзные республики, например Туркмению, и три за рубежом, в том числе в Китае, — рассказал научный руководитель Института прикладной астрономии Александр Ипатов. — Построить удалось три обсерватории — в Светлом (Ленинградская область), в станице Зеленчукская (Карачаево-Черкесия) и в урочище Бадары (Бурятия). Остальные объекты были заморожены на разных стадиях — от проектной до сборочной. Сейчас расширить систему поможет недавнее включение в состав института Уссурийской астрофизической обсерватории». 

 
Новая площадка сделает уникальную научную установку еще масштабнее, так как Уссурийск удален от Петербурга уже не на четыре тысячи, а на все десять тысяч километров, а чем больше расстояние между синхронно работающими радиотелескопами, тем выше точность их совместных измерений. 

 
Первый отечественный интерферометр состоял из трех антенн с диаметром зеркал 32 метра. Они были построены на территории обсерваторий Бадары, Зеленчукская и Светлое в начале 2000-х. В 1997 году заработал радиотелескоп в Светлом, в 2001-м — в Зеленчукской, в 2005-м — в Бадарах; таким образом, первый отечественный интерферометр работает с 2005 года. Тридцатидвухметровые радиотелескопы были включены в международную сеть радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ). 

«Мы обмениваемся данными с NASA в соответствии с договором, который действует до 2021 года», — уточнил Александр Ипатов. 

 
Обмен данными необходим для своевременного обнаружения возможных ошибок в одной из систем. 

Однако по мере бурного развития радиоэлектроники ученым становилось очевидно, что можно серьезно усовершенствовать систему. Александр Ипатов вместе с американским радиоастрономом Томом Кларком из Годдардского центра космических полетов NASA и другими специалистами в области РСДБ-интерферометрии разработали требования к созданию радиотелескопов с оптимальными характеристиками. 
 
По этим требованиям немецкая компания Vertex построила в Баварии парный радиотелескоп. Он был значительно компактнее: диаметр зеркала составил не 32, а всего 13 метров. Компактность позволила сделать радиотелескоп более независимым от деформаций под воздействием собственной тяжести, а также более скоростным в перенастройке с одного объекта на другой. 

 

 
В 2012 году Институт прикладной астрономии начал строить радиоинтерферометр второго поколения, используя для новых антенн единый проект и расставив их по старым точкам — в Зеленчукской, Бадарах и Светлом, недалеко от 32-метровых радиотелескопов.
Каждый радиотелескоп обошелся российскому бюджету примерно в 500 млн рублей. Металлоконструкции для первых двух антенн, в Бадарах и Зеленчукской, заказали в Германии, так как, по словам Александра Ипатова, немецкие производители предложили впятеро более низкую цену, чем Обуховский завод в Санкт-Петербурге, втрое более низкую, чем завод в Сызрани и вдвое более низкую, чем петербургский завод «Барс». 

Металлоконструкции для третьей антенны, установленной в Светлом, были изготовлены в Эстонии и частично в Финляндии по той же самой причине: это обходится дешевле, чем в России. Зеркала для всех трех антенн изготовлены в Италии, так как там за счет специальных клеев научились обеспечивать точность их поверхности и отсутствие деформации на протяжении длительного времени. А вот «начинку» всех антенн — программное обеспечение, приемные устройства, датчики и так далее — разработали ученые ИПА РАН. 
 
Тринадцатиметровая антенна в Светлом проектировалась, строилась и налаживалась три года. 
 
Закладка телескопа в Светлом состоялась 17 апреля 2017 года в рамках VII Всероссийской конференции «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение», став ярким моментом научного форума. В бронзовую капсулу представители РАН, Росстандарта, который выступает в качестве заказчика антенн, научных институтов России заложили грамоту с обращением к потомкам, в которой обозначены цели строительства телескопа.

 Обработку информации с каждой из трех работающих синхронно антенн суперкомпьютер ведет с рекордной скоростью. Ресурсы системы позволяют обрабатывать потоки данных до 16 Гбит/с от станции, суммарно — 48 Гбит/с от трех станций. Максимальная пропускная способность системы — 96 Гбит/с ​
 
Монтаж телескопа осуществлен с задержкой — не в конце 2017-го, а в самом начале 2018 года — из-за сложностей на таможне. Сорокатонную вилку телескопа — опору, которая крепится к бетонному фундаменту и на которую устанавливается зеркало — рабочая поверхность радиотелескопа, задержали на таможне при пересечении российской границы на десять дней. В итоге не только был отсрочен монтаж антенны, но и два большегрузных автомобиля десять дней простаивали на таможне, а в обсерватории на стройплощадке РТ-13 простаивал 130-тонный кран, что привело к увеличению расходов примерно на 50 тысяч евро за длительную аренду большегрузного транспорта. 
 
Девятнадцатого сентября 2018 года состоялся первый пуск антенны телескопа РТ-13 в обсерватории Светлое. Такое событие астрономы называют инаугурацией, а с 4 декабря 2020-го новый телескоп работает в штатном режиме. 

 
«Четвертую антенну для Уссурийской обсерватории будем строить полностью в России», — говорит Александр Ипатов.  ​​

 
Есть и более дальние планы. С кубинским Институтом радиофизики и астрономии ИПА РАН ведет переговоры о строительстве еще одного российского радиотелескопа на Кубе.​ 

 
инженер ИПА РАН.jpg
 
Инженер ИПА РАН за работой. Обсерватория Светлое
Наталия Михальченко

В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ 

Обработку информации с каждой из трех работающих синхронно антенн суперкомпьютер ведет с рекордной скоростью. Ресурсы системы, как сообщил Игорь Суркис, позволяют обрабатывать потоки данных до 16 Гбит/с от станции, суммарно — 48 Гбит/с от трех станций. Максимальная пропускная способность системы — 96 Гбит/с, это значит, что запас прочности системы таков, что без апгрейда она сможет одновременно принимать и обрабатывать сигнал от шести радиотелескопов. Зарубежные аналоги способны обрабатывать максимум до 12 Гбит/с. 

 
«Рекордное быстродействие российскому интерферометру обеспечивает принципиально новое техническое решение в области обработки данных. Обработка осуществляется на специальном устройстве — программном корреляторе, представляющем собой суперкомпьютер с разработанным в ИПА РАН программном обеспечении, — рассказал Игорь Сурис. — В отличие от зарубежных аналогов наиболее трудоемкие вычисления выполняются на графических процессорных устройствах Nvidia Kepler, установленных в суперкомпьютере. Графические процессоры применены для обработки РСДБ-данных впервые в мире».​ 
 
В процессе работы для каждой пары станций коррелятор накладывает сигналы квазара, записанные на станциях, друг на друга с учетом вызванных вращением Земли смещений и вычисляет задержку — разность времени прихода радиосигнала от квазара на каждой из станции. По полученным задержкам выполняется построение систем координат.  

 
радиотелескоп РТ-13.jpg
Радиотелескоп РТ-13 в обсерватории Светлое 19.09.2018, в день первого пуска телескопа
Наталия Михальченко

 
КРАСНЫЕ ЛЕНТОЧКИ, БЕЛЫЕ АНТЕННЫ  

Все шесть радиотелескопов, построенные в рамках проектов «Квазар» и «Квазар-КВО», — белоснежные. Так они меньше нагреваются солнцем и меньше деформируются в результате нагрева. 

 
За время реализации проектов сложилась добрая традиция приглашать астрономическое сообщество на торжественные церемонии закладки, инаугурации и ввода в эксплуатацию новых радиотелескопов. И число таких событий за последние три десятилетия уверенно подбирается к двум десяткам. На такие события с удовольствием приезжают представители ФИАНа и Института лазерной физики, Пулковской астрономической и Специальной астрофизической обсерваторий, Роскосмоса и Росстандарта, РАН, Министерства науки и высшего образования, представители власти и СМИ. А у Института прикладной астрономии всегда есть в запасе не только прорывные научные решения, но и аккуратные дорожки и ухоженные цветы на территориях обсерваторий, запас красной ленточки для новых объектов и радушие для гостей.

 «В NASA за науки о Земле отвечает Леонид Петров, наш бывший сотрудник. Другой наш бывший сотрудник, Олег Титов, возглавляет геодезическую службу Австралии, в разработке коррелятора для обработки РСДБ-данных в Голландии участвовал еще один наш бывший сотрудник — Сергей Погребенко» 

 
 
Последовательное успешное развитие ИПА особенно заметно на фоне других направлений астрономической науки. 

«Объекты, которые строит и вводит в действие Институт прикладной астрономии, — это самые крупные научные инструменты, созданные в российской астрономии за последние сорок пять лет», — сказал Юрий Балега. ​​​
В 1975 году СССР ввел в действие крупнейший на тот момент оптический телескоп — Большой телескоп азимутальный — в Верхнем Архызе, по соседству с нынешней Зеленчукской обсерваторией. Долгие годы он держал пальму первенства, оставаясь самым крупным оптическим телескопом в мире. С тех пор новый небольшой — 2,5-метровый — оптический телескоп построил МГУ, и в июле 2011 года ФИАН запустил на орбиту первый из четырех российских космических телескопов серии «Спектр» — «Радиоастрон», проработавший в космосе восемь лет. Других инфраструктурных прорывов нет. 

 
первый пуск радиотелескопа РТ-13.jpg
На церемонии инаугурации - первого пуска - радиотелескопа РТ-13 19.09.2018. Обсерватория Светлое. В центре Александр Ипатов
Наталия Михальченко

Директор Главной (Пулковской) астрономической обсерватории (ГАО) Назар Ихсанов отметил, что создание интерферометра без выхода за пределы России чрезвычайно важно и полезно для страны. 

«Это ключевое направление для России», — полагает Ихсанов. ​

По его мнению, введенный в действие научный инструмент несет большую пользу как для российской науки, так и для народного хозяйства. 

 
«Очень многие отмечали важность того момента, что в такие непростые времена для науки, для страны, для мира вводится новая система — интерферометр, который по своим характеристикам не уступает международным стандартам, а в чем-то и превосходит их», — поделился Ихсанов по окончании церемонии ввода интерферометра в действие.  ​​

Он отметил, что это очень сложная задача — найти в наши дни исполнителя, который в срок выполняет работу.  

 
«Заказчик (Росстандарт) доволен», — сделал вывод директор ГАО РАН, наблюдая за реакцией на происходящее заместителя главы Росстандарта Сергея Голубева на торжественной церемонии. ​

 
«Коллектив ИПА РАН успешно сформирован и работает с большой отдачей», — прокомментировал «Стимулу» слагаемые успешного строительства сети радиотелескопов Юрий Балега. 

 
Александр Ипатов в беседе со «Стимулом» рассказал, что проблема утечки мозгов коснулась института, назвав несколько фамилий, и выразил нестандартное отношение к уехавшим за границу сотрудникам: 

 
«В NASA за науки о Земле отвечает Леонид Петров, наш бывший сотрудник. Другой наш бывший сотрудник, Олег Титов, возглавляет геодезическую службу Австралии, в разработке коррелятора для обработки РСДБ-данных в Голландии участвовал еще один наш бывший сотрудник — Сергей Погребенко. Но я хочу подчеркнуть следующую мысль: те люди, которые из-за границы возвращаются, здесь не нужны. Если они там не смогли найти свое место, не найдут и здесь. Нужны те, кто не возвращается, потому что успешен и востребован».

Точные данные о координатах и времени требуются для работы всех гаджетов, для обеспечения работы российской глобальной навигационной системы ГЛОНАСС, для определения движения материков с большой точностью, а также в сфере безопасности 
 
Самого Ипатова тоже активно уговаривали поехать работать за границу, но он не согласился. Тех, кто не поддался на посулы и уговоры, оказалось достаточно, чтобы осуществить самый успешный проект в российской астрономии за последние почти полвека. И в институт регулярно приходят молодые специалисты. 
 
После ввода в действие радиоинтерферометра из 13-метровых радиотелескопов старые, 32-метровые, будут больше выполнять научные задачи — наблюдение за космическими объектами, а новые будут использованы для решения прикладных задач, полагает Владимир Богод, главный научный сотрудник Специальной астрофизической обсерватории, член комиссии по приемке 13-метрового радиотелескопа в обсерватории Светлое. Он подчеркнул, что точные данные о координатах и времени требуются для работы всех гаджетов, для обеспечения работы российской глобальной навигационной системы ГЛОНАСС, для определения движения материков с большой точностью, а также в сфере безопасности.​​​

 
Автор: Наталия Михальченко. 
 
На фото: В обсерватории Светлое Института прикладной астрономии (ИПА) РАН под Петербургом 4 декабря сдан в эксплуатацию радиотелескоп РТ-13.
 

Похожие новости

  • 24/03/2021

    Ловушка для призраков: астрофизики черпают нейтрино из Байкала

     Дмитрий Наумов (на снимке) недавно вернулся с Байкала, где в торжественной обстановке открыли один из крупнейших в мире глубоководных нейтринных телескопов. Дмитрий Вадимович – заместитель директора лаборатории ядерных проблем им.
    740
  • 18/03/2021

    Научные разработки в сфере угледобычи представили губернатору Кузбасса

    ​Губернатор Кузбасса Сергей Цивилев ознакомился с передовыми разработками Федерального исследовательского центра угля и углехимии Сибирского отделения РАН. Глава региона поручил ученым усилить сотрудничество с вузами области.
    534
  • 22/07/2021

    Первые в мире высокоточные оптические часы с применением технологии фотоники

    Первые в мире так называемые высокоточные оптические часы с применением технологии фотоники, формирующие сигнал точной частоты и времени, покажет на Международном авиакосмическом салоне МАКС-2021 холдинг «Российские космические системы» (РКС, входит в Госкорпорацию «Роскосмос»).
    257
  • 09/07/2021

    Год науки и технологий/Наука и университеты: Специализированные учебные научные центры погружают детей в прикладную науку

     В Год науки и технологий Правительство РФ внесло на рассмотрение Государственной Думы законопроект о финансировании специализированных учебных научных центров (СУНЦ) из федерального бюджета, а не через систему грантов, как это было раньше.
    1131
  • 17/03/2021

    «Поймать рядового Нейтрино»: как из глубин Байкала исследуют тайны Вселенной

    Нейтрино – незаряженные элементарные частицы с очень маленькой массой. Они слабо взаимодействуют с магнитными полями, не скрадываются космической средой. Считается, что только эти частицы способны пройти Землю насквозь, а одного человека за сутки «прошивает» триллион нейтрино.
    1162
  • 30/08/2021

    Российские геологи научились находить нефтяные месторождения с помощью беспилотников

    Ученые Института лазерной физики СО РАН разработали аэромобильный газоанализатор в виде беспилотника, который определяет концентрацию метана в воздухе, что может указывать на наличие нефтяных месторождений.
    223
  • 12/05/2021

    "Вселенная в нейтринном телескопе". Научно-популярный фильм ОИЯИ

    ​В конце апреля на озере Байкал завершила свою работу очередная экспедиция по строительству глубоководного нейтринного телескопа кубокилометрового масштаба BAIKAL-GVD.  С 17 февраля по 4 апреля 2021 года участники международной научной коллаборации BAIKAL-GVD произвели монтаж восьмого кластера Байкальского нейтринного телескопа.
    410
  • 29/09/2020

    Международная конференция "Кремний-2020" и Школа молодых ученых

    22-24 сентября в г. Гурзуф в рамках VI Международного Форума «Микроэлектроника 2019» состоялись XIII Международная Конференция «Кремний-2020» и XII Школа молодых ученых и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе.
    1438
  • 20/04/2021

    Как ловят нейтрино на дне Байкала

    ​Пока вы читаете эти строки, сквозь вас "пролетают" миллиарды нейтрино. Некоторые из них родились в недрах Солнца, другие образовались в атмосфере, третьи проделали невероятный путь из самых отдаленных уголков Вселенной.
    1078
  • 12/02/2021

    Искусственный интеллект в борьбе с коронавирусом

    Красноярские ученые придумали, как использовать искусственный интеллект для более точного определения площади поражения легкого коронавирусом и даже прогнозировать возможные осложнения. Это позволит врачам быстро назначать больному необходимую терапию и реабилитировать его после перенесенного ковида.
    938