«Сяоцзи» и «Сяому» в небесном дозоре

10 декабря 2020 г. в 04:14:43.253 пекинского времени (9 декабря в 20:14:43 UTC) с космодрома Сичан был выполнен успешный пуск РН «Чанчжэн-11» (CZ-11 №Y9) с двумя научными спутниками системы «Хуайжоу-1», задача которых – мониторинг небесной сферы с целью регистрации гамма-квантов, сопровождающих приход на Землю гравитационных волн. Спутники имеют также технические обозначения GECAM-A (KX-08A) и GECAM-B (KX-08B) и личные наименования «Сяоцзи» (小极) и «Сяому» (小目).

Внутреннее обозначение пуска было «операция 07-122». Номера и международные обозначения, присвоенные КА в каталоге Космического командования США, а также начальные параметры их орбит приведены в таблице.

 

Данные на спутники, запущенные 10.12.2020

КА	Номер	Обозн.	Параметры орбиты
			i	Hp, км	Ha, км	P, мин
GECAM-A	47234	2020-094A	29.00°	587.3	604.6	96.60
GECAM-B	47235	2020-094B	29.00°	586.7	604.6	96.60

 

Общая теория относительности предсказывает гравитационные волны, которые возникают при движении массивных тел с переменным ускорением, например, в таких процессах, как вращение тесной пары черных дыр с их последующим слиянием. Их можно представить себе как быстрые колебания пространственно-временной «ткани». Прохождение гравитационной волны проявляется в относительном изменении расстояния между пробными массами.

На наземных установках LIGO и VIRGO такие события фиксируются начиная с 2015 г. В августе 2017 г. была зарегистрирована гравитационная волна GW 170817 от слияния двух нейтронных звезд. Тогда же несколько телескопов, в том числе китайский космический телескоп HXMT (см. «Новости космонавтики», №8, 2017), зарегистрировали приход жесткого электромагнитного излучения из той же области пространства. Такие «спутники» уникального события представляют значительный интерес как для точной локализации явления, так и прояснения его природы.

Это событие послужило катализатором быстрого развития проекта GECAM, который был основан в марте 2016 г. как раз с такой целью. Его название было образовано от англоязычного описательного наименования Gravitational Wave High-energy Electromagnetic Counterpart All-sky Monitor («Монитор всего неба электромагнитных спутников высоких энергий гравитационных волн»); поначалу использовалось также имя «Шаньдянь» (闪电, «Молния»). У истоков проекта стоял исследователь Института физики высоких энергий Китайской АН в Пекине Сюн Шаолинь (熊少林). Он был официально представлен общественности 17 октября 2017 г., одновременно с обнародованием информации о регистрации гравитационной волны GW 170817.

По времени это совпало с подготовкой перечня пилотных проектов второй фазы китайской научной космической программы (см. «Новости космонавтики», №9, 2018). Хорошая степень готовности позволила GECAM претендовать на статус попутного проекта этой программы – в США такие проекты называются mission of opportunity. После дополнительного раунда обоснований и оценок 4 июля 2018 г. Китайская академия наук объявила о включении GECAM в программу, в декабре того же года проект был утвержден к реализации и получил бюджетное финансирование. Запуск был назначен на конец 2020 года и состоялся в срок!

С приобретением официального статуса ответственным за проект в целом стал Национальный центр космической науки Китайской АН, а главным конструктором проекта – академик У Цзи (吴季). Научным руководителем проекта остался Сюн Шаолинь, за полезную нагрузку и наземную прикладную систему отвечал Институт физики высоких энергий. Проектирование и изготовление спутников поручили Инновационной исследовательской академии микроспутников (ИИАМ) Китайской АН в Шанхае, их главным конструктором был назначен Чжан Кэкэ (张科科), а административным руководителем – Юй Цзиньпэй (余金培). Два КА GECAM стали 60-м и 61-м аппаратом этой фирмы. В кооперацию вошли также 29-й и 18-й институты Китайской корпорации электронной техники и 771-й институт Китайской корпорации авиационной техники. В качестве носителя была выбрана ракета CZ-11.

Официальное имя «Хуайчжоу-1» (怀柔一号) было присвоено проекту за день до старта в честь Национального научного центра Хуайчжоу в Пекине. Имена спутников «Сяоцзи» и «Сяому» определил конкурс, состоявшийся в октябре 2020 г. Обозначения KX-08A и KX-08B указывают на принадлежность спутников к китайской научной программе (KX – сокращение от «кэсюэ», научный).

Система состоит из двух одинаковых спутников, работающих на орбите наклонением 29° и высотой 600 км, в противоположных ее точках. Область обзора каждого аппарата немного превышает полусферу, так что при наблюдении в противоположных направлениях они перекрываются и охватывают все небо. Таким образом, откуда бы ни пришла гравитационная волна, по крайней мере один GECAM всегда будет иметь эту точку в поле зрения.

Спутники построены на отработанной платформе WN100 и имеют массу 163 кг при габаритных размерах 580x1050x1364 мм. Электропитание дает одна двухсекционная солнечная батарея. Командно-телеметрическая система работает в унифицированном S-диапазоне. Для передачи научных данных используется радиоканал X-диапазона с пропускной способностью 300 Мбит/с. Расчетный срок службы аппаратов – три года.

Полезная нагрузка каждого спутника включает 25 гамма-детекторов GRD, равномерно размещенных на полусферической поверхности, и восемь детекторов заряженных частиц CPD. Гамма-детекторы на кристалле лантанида бария с рабочей площадью 40 см² каждый регистрируют кванты с энергиями от 6 кэВ до 5 МэВ, фиксируя время прибытия каждого (с точностью 0.5 мксек), направление на источник (с точностью около 1°), энергию кванта и другие данные. Их чувствительность находится на уровне 2·10^-8 эрг/см²/с. Детекторы CPD рабочей площадью 15 см² регистрируют электроны с энергиями от 300 кэВ до 5 МэВ.

Направление на источник вычисляется на борту в течение минуты после события. Уведомление передается на Землю в виде текстового сообщения через спутники навигационно-связной системы «Бэйдоу», а подробная информация – в текущих сеансах связи с задержкой до нескольких часов.

Ожидается, что система GECAM сможет «ловить» ежегодно от 2 до 10 гамма-всплесков, сопутствующих приходу гравитационных волн. Помимо решения основной задачи, она будет использоваться для регистрации высокоэнергетического излучения быстрых радиовсплесков, гамма-всплесков определенных видов, вспышек магнетаров, для изучения нейтронных звезд, черных дыр и других компактных объектов и процессов их слияния. Спутники могут также послужить для регистрации других высокоэнергетических процессов, например, солнечных вспышек, гамма-всплесков и электронных пучков земного происхождения.

Ракета «Чанчжэн-11» разработана в Китайской исследовательской академии ракет-носителей CALT. Состоявшийся пуск был 11-м для этого носителя за период с 2015 г.; девять пусков было выполнено с сухопутных космодромов Китая, а еще два – с морских стартовых комплексов.

Ракета с номером Y9 впервые была изготовлена и испытана на новой производственной базе Дунфан в городе Хайян провинции Шаньдун. Здесь CALT намерена сосредоточить производство всех своих твердотопливных носителей, включая CZ-11 и SD-1, выпуская до 20 изделий в год. Рядом базируется и китайский морской комплекс для запусков CZ-11 с акватории.

Весь процесс сборки и испытаний занял 35 суток. 22 ноября ракету перевезли на железнодорожную станцию Лайян и оттуда отправили в Сичан. Тем временем 14 ноября на заседании в Пекине спутники также признали готовыми к отправке на полигон и стыковке с ракетой.

Дата предстоящего старта была названа еще 1 сентября и осталась неизменной. Две нижние ступени ракеты работали подряд и упали: первая – в провинции Гуйчжоу между Бицзе и Цзунъи, вторая – к востоку от острова Тайвань. Во время короткой баллистической паузы был сброшен головной обтекатель. Более продолжительная пауза была перед включением 4-й ступени – она обеспечила апогейный импульс для выхода на расчетную орбиту.

Теперь спутники необходимо развести на 180° вдоль орбиты с использованием бортовых двигательных установок. После этого они смогут приступить к работе.

Автор: Liss