Космическая обсерватория «Спектр-РГ» — совместный проект Роскосмоса, Германского центра авиации и космонавтики и NASA. Аппарат позволит составить карту видимой Вселенной в рентгеновском диапазоне. Источники такого излучения — черные дыры, квазары, нейтронные звезды. Об управлении полетом Спектр-РГ рассказал Тучин Андрей Георгиевич, главный научный сотрудник Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, руководитель Баллистического центра института. Материал подготовлен в рамках специального проекта Российской академии наук и издания InScience.News.

— Андрей Георгиевич, какие вообще задачи БНО (баллистико-навигационного обеспечения полета)? Это то же самое, что и управление полетом?

— Задачи БНО можно сравнить с задачами штурмана на корабле: определение параметров движения космического аппарата по траекторным измерениям, расчет маневров, коррекций, синтез справочной баллистической информации, необходимой для управления полетом. Цель маневров на траектории перелета — приведение «Спектра-РГ» на рабочую орбиту в окрестности точки L2.

— Упрощая, точка Лагранжа L2 — это место в космосе, в котором гравитационные силы Земли и Солнца компенсируют друг друга, позволяя аппарату продолжительное время оставаться на месте. В чем сложности вывода обсерватории в эту точку?

— Ни для кого не секрет, что в системе Солнце-Земля существует пять точек Лагранжа. Для космонавтики сейчас представляют интерес две: L1 и L2. Если провести линию от Солнца к Земле, то между Солнцем и Землей на этой линии располагается точка L1, а за Землей – точка L2. Эти точки располагаются примерно на расстоянии полутора миллионов километров от Земли. Напомню, что расстояние от Солнца до Земли составляет 150 миллионов километров. Космический аппарат в этих точках находится в равновесии за счет не только гравитационных сил, но и действия центробежной силы. К сожалению, это равновесие неустойчиво: небольшие возмущения могут приводить к тому, что космический аппарат, как на чертовом колесе, будет слетать и удаляться от точки L2. Чтобы парировать их, необходимо периодическое проведение коррекций. А для этого нужно иногда включать двигатели аппарата. Выгоднее держать аппарат на номинальной траектории, по которой он совершает облет точки L2. При движении по рабочей орбите «Спектр-РГ» совершает облет точки L2 примерно за 180 суток. Проекция траектории облета на плоскость эклиптики показана на рисунке, представленном на сайте Института космических исследований.

 

Проекция траектории космического аппарата (КА) «Спектр-РГ» на плоскость эклиптики. Пунктиром обозначена орбита Луны. Зеленые квадраты – моменты проведения трех коррекций траектории на перелете: К1, К2, К3. Оранжевым обозначен момент «замыкания» рабочей орбиты после полного оборота (орбита незамкнута). Красный кружок — положение КА через полгода после выхода на рабочую орбиту © ИПМ им. М.В. Келдыша РАН

— Пришлось ли Вам столкнуться с каким-то крупными вызовами в управлении полетом?

— За несколько десятилетий работы Баллистического центра накоплен большой опыт проведения работ по БНО. Коррекции космического аппарата тщательно готовятся и многократно проверяются. Поэтому никаких серьезных нештатных ситуаций у нас не было.

— Насколько результаты сканирования Вселенной «Спектром-РГ» вообще зависят от БНО?

— Напрямую зависят. Без БНО аппарат совершал бы в космосе хаотическое движение, и выполнение научной программы было бы невозможно.

— Как часто вы получаете координаты обсерватории?

— Ежедневно со станций слежения приходят радиотехнические траекторные измерения ее наклонной дальности и радиальной скорости. Кроме этого, от обсерваторий периодически поступают оптические измерения прямого склонения и восхождения. По этим измерениям в Баллистическом центре и определяется орбита обсерватории. Для надежного определения орбиты необходима мерная база длительностью не менее 10 суток.

— Для управления обсерваторией требуется учитывать множество критериев. Есть ли проблема их хранения и обработки? И вы используете свое собственное ПО?

— Для БНО полета космического аппарата «Спектр-РГ» используется программное обеспечение, разработанное в нашем Баллистическом центре. Это дальнейшее развитие программного комплекса, использованного для БНО в проекте «Спектр-Р». Но потребовалась серьезная доработка и модификация ПО. Это обусловлено и принципиально другой орбитой, и совершенствованием наземных станций слежения. К слову, в 2014 году я и мои коллеги описали программный комплекс для «Спектр-Р» в статье, опубликованной в журнале «Космонавтика и ракетостроение». Статья называется «Баллистико-навигационное обеспечение полета космического аппарата «Спектр-Р».

— Есть ли что-то уникальное в конструкции обсерватории или платформы «Навигатор», что отражается на БНО аппарата? Отличается ли обеспечение полета «Спектра-РГ» от других аппаратов линейки «Спектр»?

— Основное отличие от предшествующих проектов – использование так называемого Xдиапазона для траекторных измерений. Это позволяет обеспечивать связь с аппаратом и выполнение измерений на расстоянии полутора миллиона километров. Заметно повысилась и точность траекторных измерений. Уникальность миссии «Спектр-РГ» заключается в том, что впервые в отечественной космонавтике аппарат выведен на рабочую орбиту в окрестности точки Лагранжа системы Солнце-Земля. Пришлось решать вопросы удержания обсерватории на этой неустойчивой орбите. Сложность в том, что проводимые коррекции не должны быть помехой выполнению научной программы.

— Срок эксплуатации задан в 6,5 лет. Возможно ли продление этого срока? И что будет после вывода из эксплуатации? Вы будете участвовать в этом?

— У нас уже был такой опыт. Космическая обсерватория «Спектр-Р» проработала в полтора раза дольше запланированного срока и получила немало ценных наблюдений. Будем надеяться, что космический аппарат «Спектр-РГ» последует этому примеру. Аппарат продолжит сканирование небесной сферы, чтобы зафиксировать изменения в источниках рентгеновского излучения, как ранее рассказал в своем интервью А.А. Лутовинов. Будут выполняться наблюдения в соответствии с заявками астрофизиков. Мы, как баллистики, очень заинтересованы в сборе информации о рентгеновских пульсарах. Ведь их в дальнейшем планируется использовать в качестве навигационных «маяков» при межпланетных перелетах.

После вывода обсерватории из эксплуатации она станет «космическим объектом» и покинет окрестность точки Лагранжа. За объектом будет продолжено наблюдение наземными оптическими средствами. На основе этих наблюдений Баллистический центр будет определять параметры движения объекта.

— В будущем планируются еще миссии, например, «Спектр-УФ» и «Спектр-М». Планирует ли Ваш институт участвовать в их БНО?

— Да, мы уже начали подготовку. Сейчас проводится баллистическое проектирование полетов этих космических обсерваторий.