35 лет «Гранату» — последней советской космической обсерватории
Космический аппарат «Гранат» — последняя в СССР астрофизическая обсерватория. Созданная в 1989 году в НПО имени С.А. Лавочкина она предназначалась для астрофизических исследований галактических и внегалактических источников космического излучения в рентгеновском и гамма-диапазонах электромагнитного излучения. Также обсерватория детально изучала компактные и протяженные космические источники рентгеновского и мягкого гамма-излучений. Благодаря данным, полученным с помощью «Граната», были сделаны научные открытия, которые вошли в анналы мировой астрофизики.
1 декабря 1989 года с космодрома Байконур ракетой-носителем «Протон-К» с разгонным блоком типа «ДМ-1» на начальную околоземную высокоэллиптическую орбиту 1 760 х 202 480 км, наклонением 51,9˚ и периодом обращения 98 часов, была выведена научная обсерватория «Гранат». Масса аппарата составляла 4,4 тонны, а научной аппаратуры — 2,3 тонны. Созданная в НПО им. С.А. Лавочкина с расчетным сроком работы восемь месяцев она проработала почти девять лет.
Комплекс ее научных приборов, изготовленных конструкторами Института космических исследований АН СССР в кооперации с советскими, французскими, датскими и болгарскими предприятиями, воспринимал и фиксировал космическое и солнечное излучение в широчайшем диапазоне — от 2 кэВ до 100 МэВ.
Появление такой обсерватории открывало новые возможности для определения температуры тепловой плазмы в скоплениях галактик, рентгеновских пульсарах, аккреционных дисках вокруг черных дыр, для выявления космических объектов, где работают нетепловые механизмы излучения. В состав КА «Гранат» входили орбитальный модуль и комплекс научной аппаратуры.
Орбитальный модуль
За основу орбитального модуля была взята уже отработанная конструкция служебного модуля КА «Астрон», которая была изменена с учетом новой, более тяжелой научной аппаратурой. В основе орбитального модуля — герметичный тороидальный приборный отсек, в котором размещались радиокомплекс, телеметрическая система, система автономного управления ориентацией и стабилизацией, система электропитания, элементы системы терморегулирования, блоки электроавтоматики.
На приборном отсеке со стороны, постоянно обращенной к Солнцу, разместились оптико-электронные приборы солнечной и звездной ориентации.
Комплекс научной аппаратуры
Функционально основная часть приборов комплекса делилась на две группы: телескопы с узким полем зрения «Сигма», АРТ-П, АРТ-С для наблюдения стационарных источников космического излучения и обзорные детекторы «Конус», «Фебус», «Вотч» для регистрации и исследования всплесков космического излучения переменных источников.
«Сигма» (СССР-Франция) регистрировал как жесткое рентгеновское, так и мягкое гамма-излучение, а «Фебус» (Франция) — гамма-всплески и другие кратковременные источники рентгеновского излучения. AРT-P (СССР) регистрировал источники рентгеновского излучения в диапазоне от 35 до 100 кэВ. «Вотч» (Дания) непрерывно наблюдал за небом и оповещал другие инструменты о новых или интересных источниках рентгеновского излучения.
AРT-С (СССР) охватывал диапазон энергий рентгеновского излучения, а эксперименты «Конус» (СССР) и TOURNESOL (Франция) — как спектр рентгеновского, так и гамма-излучения. При этом TOURNESOL искал и фиксировал оптические аналоги источников высокоэнергетических вспышек, а затем передавал информацию о них другим приборам.
Все эти приборы позволяли:
— строить изображения участков небесной сферы в гамма и рентгеновском диапазонах с высоким разрешением и чувствительностью, локализировать отдельные источники рентгеновского и гамма-излучений;
— исследовать спектральные характеристики излучения космических источников в рентгеновском и гамма-диапазонах длин волн и отслеживать их поведение во времени;
— измерять линейную поляризацию излучения рентгеновских источников;
— исследовать фоновое рентгеновское излучение Вселенной;
— осуществлять «патрульное» слежение за небесной сферой с целью оперативного обнаружения и изучения новых источников рентгеновского и гамма-излучений.
Космический аппарат был покрыт экранно-вакуумной теплоизоляцией с прорезями для оптических датчиков ориентации и некоторых научных приборов.
Запчасти от «Веги» удешевили «Гранат»
В связи с обостряющимся экономическим кризисом и постоянным недофинансированием проекта для удешевления и сокращения сроков изготовления бортовой служебной аппаратуры были использованы запасные радиодетали и изделия, оставшиеся от проекта «Вега», созданные в 1983-1984 годах. Несмотря на то, что их гарантированный ресурс подходил к концу, КА «Гранат» многократно перевыполнил первоначально намеченную программу.
Итоги полета
В сентябре 1994 года после почти пяти лет целенаправленных наблюдений запас газа для управления ориентацией закончился, и обсерватория продолжила работу в режиме ненаправленных наблюдений. 27 ноября 1998 года передача данных с аппарата окончательно прекратилась.
Таким образом вместо восьми расчетных он в штатном режиме проработал 58 месяцев, а общее время его работы на орбите, несмотря на возникающие замечания, отказы и исчерпание запасов газа для двигателей коррекции, составило 108 месяцев. За это время с аппаратом было проведено 1800 сеансов связи, а большинство его приборов и систем превысили свой ресурс в 5-6 и более раз! Бортовой дешифратор команд был рассчитан на 25 000, но принял более 160 000 команд.
С учетом времени на передачу научной и телеметрической информации, коррекцию орбиты и профилактические мероприятия эффективность научного использования КА «Гранат» превысила 70%.
Научные результаты
Первая информация, полученная с приборов «Граната», стала сенсационной. Изображения центра Галактики, построенные по информации с телескопов АРТ-П и «Сигма», позволили определить местонахождение и идентифицировать мощный источник излучения высоких энергий 1Е1740-29. То, что этот источник не является динамическим центром Галактики, а расположен от него в 40 угловых минутах, представляло собой информацию всемирного значения. В дальнейшем наблюдение области центра Галактики проводилось многократно и продолжительное время.
Благодаря информации, полученной от «Граната» открыты:
— линии аннигиляции (признаки исчезновения — прим. ред.) электронов и позитронов в спектрах двух рентгеновских источников (микроквазаре 1E1740-294 и рентгеновской Новой Muscae) — кандидатов в черные дыры;
— квазипериодические осцилляции (близкие к периодическим колебаниям — прим. ред.) рентгеновского потока от кандидатов в черные дыры;
— три «рентгеновских новых», которые были признаны кандидатами в черные дыры;
— более двух десятков неизвестных ранее рентгеновских источников;
— первый в нашей Галактике источник, дающий направленные выбросы, видимая скорость движения которых превышает скорость света.
Кроме того, построены уникальные карты Центральной области нашей Галактики в рентгеновских и гамма-лучах, обнаружено около 20 новых источников рентгеновского излучения — кандидатов в черные дыры и нейтронные звезды. Их обозначения начинаются с «GRS», что означает «источник “Гранат”», среди них — GRS 1915+105 (первый микроквазар, обнаруженный в нашей галактике) и GRS 1124-683. Собрана уникальная коллекция спектров излучения черных дыр и нейтронных звезд — рентгеновских пульсаров и барстеров. Зарегистрировано более 250 космических гамма-всплесков.
КА «Гранат» проводил патрульное слежение за активностью нашего Солнца, им был зафиксирован синтез дейтерия в ядерных реакциях на его поверхности во время ярчайших солнечных вспышек. Проводился обзор неба в жестких рентгеновских лучах.
Научная аппаратура «Граната» обследовала источники рентгеновского и гамма-излучений на 80% небесной сферы. Они легли в основу более 200 опубликованных научных работ.
Научные результаты, полученные КА «Гранат», заслуженно вошли в историю мировой астрофизики, а проект «Гранат» относится к наиболее успешным проектам, реализованным НПО им. С.А. Лавочкина и ИКИ АН СССР.
