Зонд Эйнштейна

9 января 2024 г. в 15:03 по пекинскому времени (07:03 UTC) со стартового комплекса №3 Центра космических запусков Сичан был произведен пуск РН «Чанчжэн-2C» (CZ-2C №Y30) с китайским научным спутником «Зонд Эйнштейна». Аппарат был успешно выведен на орбиту с параметрами:

наклонение – 29.00°;
минимальная высота – 580.9 км;
максимальная высота – 596.2 км;
период обращения – 96.45 мин.

В американском космическом каталоге спутник получил номер 58753 и международное обозначение 2024-007A.

Пуск РН CZ-2C 9 января 2024 г.

«Зонд Эйнштейна» – китайский научный космический проект с европейским участием в области астрофизики высоких энергий, реализуемый в рамках второго этапа Стратегической приоритетной программы по космической науке. Космическая обсерватория предназначена для обзорных и детальных наблюдений объектов, излучающих в рентгеновском диапазоне. Ее основные цели – обнаружение и измерение мощных всплесков излучения (транзиентов) и мониторинг переменных объектов, а связанные с ними научные задачи – накопление статистики по транзиентам, обнаружение рентгеновских всплесков от обычно «спящих» черных дыр, например, при разрушении и поглощении проходящей мимо звезды, поиск рентгеновских источников, связанных с приходом гравитационных волн, отслеживание взрывов сверхновых, а также наблюдение источников гамма-всплесков с большим красным смещением, необычных гамма-всплесков, активных ядер галактик, рентгеновских двойных систем и т.п.

«Изюминкой» проекта является уникально широкое поле зрения обзорной подсистемы WXT, достигающее 3600 квадратных градусов (примерно 1/12 всего неба), при неплохом пространственном разрешении – около 5’. Ее дополняет бинокулярный фокусирующий рентгеновский телескоп FXT для детального изучения обнаруженных источников.

Красный экран успешного старта

Первоначально название проекта и КА англоязычное – Einstein Probe (EP), то есть «Зонд Эйнштейна». В китайских публикациях используется его перевод в виде 爱因斯坦探针空间科学卫星 (Айиньсытань таньжэнь кунцзянь кэсюэ вэйсин, Aiyinsitan tanzhen kongjian kexue weixing), что буквально означает Космический научный спутник «Зонд Эйнштейна»; иногда определения «космический» и «научный» опускаются.

Проект прорабатывался в системе Китайской академией наук с 2010 г., был выбран в качестве кандидата в Стратегическую приоритетную программу в мае 2015 г., а 29 декабря 2017 г. официально одобрен и утвержден к реализации как часть ее второго этапа. Научным руководителем проекта является д-р Юань Вэйминь (袁为民) из Национальной астрономической обсерватории Китая (NAOC) – государственного научного центра, объединяющего основные обсерватории страны.

КА EP в представлении художника

Фактически исполнение проекта началось в сентябре 2017 г. с расчетным сроком запуска в конце 2022 г. В декабре 2019 г. в Национальном центре космической науки состоялась защита этапа B и была получена санкция на работу по этапу C, включающему изготовление КА-прототипа и подготовку летных испытаний одного модуля подсистемы WXT с целью подтверждения заявленных характеристик широкопольного телескопа типа «глаз омара» (Lobster Eye). Этап был завершен в январе 2022 г., а после критической защиты проекта в целом, состоявшейся 25 марта, стартовал этап D изготовления и запуска летного аппарата. В январе 2023 г. запуск «Эйнштейна» был анонсирован на 5 ноября, однако отгрузка аппарата задержалась до 29 ноября, так что старт состоялся двумя месяцами позже назначенной даты.

Проектный облик КА EP

Экспериментальный модуль под названием EP-WXT Pathfinder, известный также как LEIA (Lobster Eye Imager for Astronomy), был установлен на спутнике SATech (SY-01, KXJS), выведенном на орбиту 27 июля 2022 г. (https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/84343/). Аппаратура массой 56 кг была успешно опробована и работает по различным рентгеновским источникам до настоящего времени.

«Зонд Эйнштейна» создан в Инновационной исследовательской академии микроспутников в Шанхае и является 98-м спутником этой академической организации. Масса КА составляет 1450 кг, средняя потребляемая мощность 1212 Вт. Служебный модуль выполнен в виде параллелепипеда размерами 1660x1660x1290 мм. Высота КА вместе с модулем полезной нагрузки около 3.4 м, максимальный поперечный размер близок к 3 м. Агентство Синьхуа поэтически сравнивает его с цветком лотоса с 12 лепестками и двумя пестиками. «Это самый красивый спутник, который я когда-либо видел», – говорит Юань Вэйминь.

Схема модуля WXT

Широкопольный рентгеновский телескоп WXT (Wide-field X-ray Telescope) спроектирован и изготовлен Шанхайским институтом технической физики SITP при участии NAOC. Инструмент ведет наблюдения в диапазоне 0.5–4.0 кэВ и обладает чувствительностью 2–3*10^-11 эрг/с/см² при экспозиции в 1000 секунд. Телескоп составлен из 12 модулей микроканальной оптики MPO (Micropore Optics), известной как «глаз омара». Каждый модуль подсистемы WXT состоит из 36 фокусирующих секций с суммарным полем зрения 18.6°x18.6°, что эквивалентно 346 квадратным градусам, и имеет в качестве детекторов по четыре CMOS-матрицы большого формата (4096×4096 элементов, 6×6 см²). Суммарное поле зрения всех 12 модулей составляет 3600 квадратных градусов. Угловое разрешение на уровне 5’ определяется точностью изготовления и установки модулей MPO. Масса каждого модуля 17 кг, а прибора в целом, включая общий блок электроники – 251 кг.

Фокусирующая часть одного модуля WXT

Последующий рентгеновский телескоп FXT (Follow-up X-ray Telescope) спроектирован и изготовлен Институтом физики высоких энергий IHEP при участии NAOC и ряда европейских компаний. Этот узкопольный инструмент с полем зрения диаметром 1° и эффективной площадью 600 см² предназначен для детальных наблюдений транзиентных источников, обнаруженных WXT, в диапазоне энергий 0.3–10 кэВ с угловым разрешением на уровне 30’’ и определения их положений с ошибкой не более 4’’. За фокусирование рентгеновского излучения отвечают зеркальные модули типа Wolter-I из 54 позолоченных отражающих элементов. Для одного канала такой модуль был изготовлен ЕКА совместно с итальянской компанией Media Lario и германским Институтом внеземной физики Общества Макса Планка, который также участвовал в создании зеркального модуля для второго канала и поставил для обоих регистрирующую часть – pnCCD-приемники размером 28.8×28.8 мм. Масса инструмента составляет 276 кг.

Телескоп FXT

В нормальном обзорном режиме «Зонд Эйнштейна» будет получать три 20-минутных экспозиции за виток, так что за три витка будет сниматься почти вся небесная сфера за исключением околосолнечной области, а любой участок неба будет наблюдаться по крайней мере несколько раз в сутки. При обнаружении транзиентного явления программа обзорной съемки прерывается, аппарат наводится телескопом FXT на источник для его детального изучения, а другим обсерваториям выдаются уведомления о наблюдаемом событии.

Группа разработчиков на фоне КА

Работа КА рассчитана на три года с возможностью продления до пяти лет. Европейское космическое агентство предоставляет проекту EP свои наземные станции для приема научной информации, за что получит 10% данных наблюдений.