Китайско-французская обсерватория SVOM

22 июня 2024 г. в 15:00 по пекинскому времени (07:00 UTC) со стартового комплекса №3 Центра космических запусков Сичан был выполнен успешный пуск РН «Чанчжэн-2C» (CZ-2C №Y50) с китайско-французской астрономической обсерваторией SVOM и попутным китайским микроспутником CATCH-1.

Номера и международные обозначения, присвоенные объектам этого пуска в американском космическом каталоге, а также начальные параметры их орбит приведены в таблице. Соответствие между наблюдаемыми объектами и запущенными КА условное и подлежит уточнению.

Наименование	Номер	Межд. обозн.	Параметры орбиты
			i	Hp, км	Ha, км	P, мин
SVOM	60088	2024-116A	29.00°	626.9	633.1	97.31
CATCH-1	60089	2024-116B	29.00°	626.7	634.6	97.32
2-я ступень	60090	2024-116C	28.05°	212.0	626.4	92.95

 

SVOM

Официальное наименование основного КА на китайском языке – 中法天文卫星 (чжун фа тяньвэнь вэйсин), то есть китайско-французский астрономический спутник. Специализация аппарата зафиксирована англоязычной аббервиатурой SVOM (Space-based multi-band astronomical Variable Objects Monitor, Космический многодиапазонный астрономический монитор переменных объектов). По факту он предназначен для обнаружения и локализации гамма-всплесков и иных событий с большим энерговыделением, их первичного изучения и выдачи предупреждений наземным обсерваториям и другим космическим проектам. Основные научные задачи SVOM включают также в себя изучение темной энергии и эволюции Вселенной при помощи этих всплесков, а также наблюдение за электромагнитными сигналами, связанными с гравитационными волнами.

Идейным предшественником SVOM является аппарат американский Swift (см. «Новости космонавтики» №1, 2005); его научный руководитель Нил Герелс (Neil Gehrels) активно продвигал новый китайско-французский проект вплоть до своей кончины в феврале 2017 г.

Проект осуществляется на основании соглашения между Китайской национальной космической администрацией CNSA и Национальным центром космических исследований Франции CNES. Основными участниками научной программы являются французские Институт исследования фундаментальных законов Вселенной IRFU и Исследовательский институт астрофизики и планетологии IRAP и китайские Национальная астрономическая обсерватория NAOC и Институт физики высоких энергий IHEP. Научным руководителем проекта с китайской стороны является Вэй Цзяньянь (魏建彦), а с французской – Бертран Кордье (Bertrand Cordier). Научная группа проекта включает около 60 китайских и 40 французских ученых.

Спутник разработан и изготовлен Инновационной исследовательской академией микроспутников в Шанхае и является ее 104-м космическим аппаратом. Стартовая масса КА близка к 930 кг, из которых почти половина – 450 кг – приходится на научную аппаратуру. Модуль служебных систем кубической формы с двумя панелями солнечных батарей несет на себе модуль полезной нагрузки, в состав которой входят два французских и два китайских научных инструмента:

• Телескоп ECLAIRs для обнаружения и локализации гамма-всплесков в рентгеновском и низкоэнергетическом гамма-диапазоне (от 4 до 250 кэВ), созданный группой французских научных учреждений под руководством CNES. Инструмент включает широкоугольную (89°x89° или 2 стерадиана) камеру с кодированной маской с 6400 детекторами на соединении CdTe и блок обработки данных. Энергичный квант проходит только через прозрачные компоненты маски, что позволяет провести деконволюцию и определить направление, с которого он пришел, с записью момента регистрации и энергии события. Если оно определяется как новый неизвестный источник, выдается сигнал в систему управления КА, который разворачивается в сторону события узкопольными приборами MXT и VT, а также в течение минуты рассылается посредством текстового сообщения через систему «Бэйдоу» уведомление сотрудничающим наземным обсерваториям и другим космическим проектам;

• Микроканальный рентгеновский телескоп MXT (Microchannel X-ray Telescope) для наблюдения послесвечения гамма-всплесков в мягком рентгеновском диапазоне (от 0.2 до 10 кэВ). Оптическая часть представляет собой телескоп апертурой 0.24 м с фокусным расстоянием 1.15 м и полем зрения 1.1°x1.1°, приемниками служат набор микроканальных пластин и ПЗС-камера, чувствительная к рентгеновскому излучению. Ошибка определения направления на источник составляет от 20’’ до 60’’, в зависимости от его яркости, спектральное разрешение – 75 эВ. В создании прибора участвовали учреждения и институты Франции, включая IRFU, Германии (Институт внеземной физики Общества Макса Планка) и Британии (Университет Лестера);

• Монитор гамма-всплесков GRM (Gamma Ray Burst Monitor) для оперативного обнаружения и измерения спектра высокоэнергетических событий (от 15 до 5000 кэВ). Инструмент включает три датчика GRD, отклоненных на 30° от оптической оси прибора ECLAIRs и охватывающих область в 2.6 стерадиана. Каждый датчик имеет в своем составе сцинтиллятор на кристалле иодида натрия площадью 200 см² и толщиной 1.5 см с фотоумножителем, его поле зрения составляет ±60°. Триангуляция сигнала позволяет определить направление на источник с точностью до 15°. Разработчиком прибора является IHEP в Пекине;

• Телескоп VT (Visible Telescope) для локализации и наблюдения в видимом диапазоне спектра послесвечения гамма-всплеска. Его разработчик – Сианьский институт оптики и точной механики Китайской АН. Телескоп с апертурой 0.40 м и полем зрения 26’x26’ имеет два канала регистрации, красный (650-1000 нм) и синий (450-650 нм), с ПЗС-камерой на 2048×2048 элементов в каждом, с предельной звездной величиной 22.5^m при 300-секундной экспозиции. VT работает на основании информации от ECLAIRs и MXT и способен определить направление на гамма-всплеск с ошибкой в несколько угловых секунд. Алгоритм работы включает выявление на изображении возможных источников в направлении, выданном MXT, и оперативный сброс данных на Землю для сопоставления с имеющимися каталогами, выявления оптического партнера гамма-всплеска и выдачи уведомлений обсерваториям. Ожидается, что VT будет обрабатывать до 60 гамма-всплесков в год.

В случае получения уведомления от других обсерваторий наведение SVOM на новый источник выполняется в течение пяти минут.

Наземная аппаратура проекта SVOM включает набор широкоугольных камер GWAC (Ground-based Wide Angle Camera) для регистрации оптического излучения, установленный в обсерватории Синлун в КНР, и два комплекта телескопов последующего наблюдения гамма-всплесков GFT (Ground Follow-up Telescope) для точного измерения их координат, подготовленные Китаем и французско-мексиканской кооперацией.

Расчетный срок службы КА – пять лет, а вот история проекта насчитывает почти два десятилетия. Еще в 2005 г. правительства Китая и Франции подписали соглашение о сотрудничестве в области создания спутников для океанологии (CFOSat) и астрономических наблюдений (SVOM). Первый из них вместо 2014 года по плану был запущен 29 октября 2018 г. (см. «Новости космонавтики» №12, 2018), а второй задержался еще почти на шесть лет. В итоге его приурочили к 60-летию установления дипломатических отношений между Францией и КНР, хотя изначально это не предполагалось.

В октябре 2006 г. в присутствии тогдашних руководителей двух стран Ху Цзиньтао и Жака Ширака был подписан меморандум о взаимопонимании по проекту китайско-французского астрономического спутника, установивший его научные задачи, пути кооперации и зоны ответственности сторон. Однако практическая реализация проекта началась лишь с ревизией первого соглашения и заключением нового 26 марта 2014 г. в Париже в рамках визита председателя КНР Си Цзиньпина.

Проектные работы фазы B были завершены смотром предварительного проекта PDR в июле 2016 г., причем к этому моменту в Китае уже были изготовлены два технологических экземпляра спутника – для механических и тепловых и для электрических испытаний. В рамках фазы C (детальное проектирование) в сентябре 2019 г. была собрана так называемая квалификационная модель спутника, которая проходила термовакуумные, вибрационные и акустические испытания последующей осенью и зимой. Предполагалось, что изготовление и тестирование летного экземпляра не займет много времени, и запуск состоится в конце 2021 г.

Однако в конце января 2020 г. Китай объявил карантин по ковиду, работы были приостановлены и возобновились с марта в ограниченном объеме и без участия европейских партнеров, отрезанных от шанхайской фирмы на целых три года. Критический смотр проекта CDR, формально завершающий фазу C, был проведен в режиме видеоконференции в июне и июле 2020 г. Китайцы стали неспешно собирать летный аппарат.

Лишь 10 марта 2023 г. два французских прибора были отправлены из CNES в ИИАМ, куда прибыли спустя шесть суток. В мае при участии европейских специалистов они были установлены на КА, после чего состоялись испытания на электромагнитную совместимость. Затем на аппарат смонтировали солнечные батареи, и в июне – октябре провели следующий цикл тестов – вибрационных, ударных, акустических и термовакуумных. Зима стала временем всесторонних электрических испытаний спутника, и 26 января он прошел смотр летной готовности.

10 мая 2024 г. готовый, полностью испытанный аппарат в расстыкованном виде был доставлен из Шанхая в Сичан для предстартовой подготовки. Пуск был анонсирован на 22 июня за трое суток путем публикации уведомлений о закрытии опасных районов по трассе полета и выполнен в срок.

Научный руководитель проекта SVOM с китайской стороны, специалист Государственной астрономической обсерватории Вэй Цзяньянь надеется, что SVOM сможет проработать 20 лет, как и его предшественник Swift. «Мы ждем некоторых важных открытий, – говорит он, – таких как самые ранние гамма-всплески, которые произошли, когда Вселенная была еще в «младенческом возрасте». Они помогут нам изучить космическую эволюцию… Мы также надеемся обнаружить особые и редкие гамма-всплески и даже подобные всплески новых типов. Например, наш спутник подходит для поиска так называемых килоновых – ярких вспышек электромагнитного излучения, которые возникают при столкновении и слиянии двух нейтронных звезд. Такое открытие имело бы огромное значение для изучения эволюции звезд и для ответа на очень интересные научные вопросы, такие как, откуда во Вселенной берутся сверхтяжелые и редкоземельные элементы, включая золото и серебро».

«Используя гамма-всплески в качестве инструмента для наблюдения за ранней Вселенной, мы, возможно, сможем наблюдать первые звезды, – говорит его французский визави Бертран Кордье. – Это очень интересно, потому что это единственный способ получить информацию о ранней Вселенной… Я надеюсь, что мы откроем новое, новые объекты, о которых пока ничего не известно».

 

CATCH-1

Второй аппарат в этом запуске является естественным дополнением к первому, так как предназначен для поиска быстропротекающих явлений (транзиентов) путем наблюдений в рентгеновском диапазоне. Спутник создан в кооперации ИИАМ и IHEP и является первым аппаратом в большой группировке «орбитальных стражей» из 126 КА трех различных типов. Группировка по-китайски именуется 全变源追踪猎人星座 (цюань бянь юань чжуйцзун лежэнь синцзо, что буквально означает «созвездие охотников, следящих за всеми переменными источниками»), а первый спутник, естественно, имеет в ней номер 01 (01星). Он также откликается на аббревиатуру CATCH-1, которая расшифровывается как Chasing All Transients Constellation Hunters – это слегка «подправленный» для благозвучия английский перевод того же китайского названия.

Научным руководителем проекта является Тао Лянь (陶炼). Его цель – многоцелевое непрерывное и многопараметрическое наблюдение за множеством переменных источников. Каждый аппарат предполагается оснастить компактным и легким фокусирующим рентгеновским телескопом китайской разработки. Спутники могут работать поодиночке, наблюдая одновременно один или несколько переменных источников, в том числе и в режиме непрерывного мониторинга. Возможно, однако и формирование из них единого виртуального телескопа с большим полем зрения и высокой точностью для работы по особо важным событиям, таким как приход гравитационных волн.

01-й аппарат группировки является экспериментальным и предназначен для испытаний на орбите ключевых технологий, таких как легкие фокусирующие рентгеновские зеркала, кремниевые дрейфовые детекторы, камеры, средства быстрого наведения КА, высокоточные механизмы развертывания и интеллектуальное управление. Он также будет работать совместно со SVOM в части выдачи ему предупреждений и проведения попутных наблюдений.

В качестве попутной полезной нагрузки CATCH-1 несет блок GRID-10B для круглосуточной регистрации гамма-всплесков в рамках проекта «Тяньгэ» Университета Цинхуа.

CATCH-1 стал 105-м спутником, а состоявшийся старт – 56-м в истории ИААМ. (Сопоставление с предыдущими сообщениями позволяет считать, что 55-м был аварийный пуск 13 марта 2024 г. со спутниками DRO-A и DRO-B.) Для носителей семейства «Чанчжэн» («Великий поход») он стал 525-м, а для ракеты CZ-2C – 78-й попыткой орбитального пуска. Носитель использовался со стандартным обтекателем диаметром 3.35 м и имел 43 м в высоту. Его заявленная грузоподъемность – 1300 кг на ССО высотой 700 км.

Автор: Liss