RadioAstron का तकनीकी पक्ष

तारों के आकाश "GLEAM" की एक गोली 70-230 मेगाहर्ट्ज रेडियो तरंगों की सीमा में बनी। फोटो के केंद्र में मिल्की वे , और पक्षों पर - लगभग 300 हजार अन्य आकाशगंगाएं हैं।

रेडियो एस्ट्रॉन स्पेस रेडियो टेलीस्कोप में वर्तमान में सभी दूरबीनों के बीच सबसे बड़ा कोणीय संकल्प है, और शायद यह रूसी मानवरहित अंतरिक्ष यात्रियों की सबसे सफल वैज्ञानिक परियोजना भी है।


रेडियो एस्ट्रॉन की अनुमतियां प्रॉक्सिमा सेंटॉरी से देख कर या अपनी आकाशगंगा के दूसरे छोर से पृथ्वी की कक्षा के अंत में दो वस्तुओं के संकेतों को भेद करने के लिए IEO के विपरीत दिशा में उपग्रहों को भेदने के लिए पर्याप्त हैं।

आज हम लेबेव फिजिकल इंस्टीट्यूट के एस्ट्रोनॉमी स्पेस सेंटर की एक्सट्रागैलेक्टिक रेडियो एस्ट्रोनॉमी प्रयोगशाला के शोधकर्ता और एमआईपीटी की रिलेटिविस्टिक ऑब्जेक्ट लैबोरेटरी में शोधकर्ता अलेक्जेंडर प्लाविन के साथ रेडियोएस्ट्रॉन के काम के तकनीकी पक्ष के बारे में बात करेंगे।


रेडियो टेलीस्कोप रेडियो एस्ट्रोन के साथ संचार करते थे।

रेडियोएस्ट्रॉन प्रति दिन औसतन कितने डेटा का उत्पादन करता है? इसे स्टोर करने और संसाधित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले क्षेत्र कितने बड़े हैं?

संक्षेप में, तो सीधे उपग्रह से - लगभग 100 जीबी प्रति दिन, सभी दूरबीनों से एक साथ काम करने वाले - लगभग 5 टेराबाइट्स। प्रसंस्करण के लिए, CPU के प्रति 1 TFlop / s क्लस्टर का उपयोग किया जाता है, भंडारण के लिए, मूल रूप से एक कमरे में रहने वाले HDDs और टेपों का एकत्रीकरण।

अधिक विस्तार से: उपग्रह से प्रत्यक्ष टिप्पणियों के दौरान, 128 Mbit / s + अतिरिक्त डेटा और + मार्जिन पर वैज्ञानिक डेटा की एक धारा होती है। और ऐसी गति को कक्षा में किसी भी उपग्रह की स्थिति के लिए पर्याप्त रूप से प्राप्त किया जाता है - 600 किमी से 340 हजार किमी तक। हालांकि, अधिकांश समय दूरबीन वास्तव में कुछ भी नहीं देखती है। इसके तीन मुख्य कारण हैं:

1) एक रेडियो इंटरफेरोमीटर एक एंटीना नहीं है, लेकिन कई संयुक्त रूप से और एक साथ काम करने वाले रेडियो दूरबीन हैं। इसलिए, उड़ान उपग्रह Spektr-R के अलावा, स्थलीय एंटेना की आवश्यकता होती है, बड़ा (आकार और मात्रा में) बेहतर। तदनुसार, इन दूरबीनों को अपना समय सहयोग के लिए समर्पित करना चाहिए, और उनके पास अन्य अवलोकन कार्यक्रम हैं। और आपको उस समय को चुनने की आवश्यकता है जब अवलोकन की गई वस्तु दोनों उपग्रह से दिखाई दे (यह एक छोटी समस्या है, निश्चित रूप से) और सभी भाग लेने वाले दूरबीनों से - और पृथ्वी घूमती है।

2) रेडियो एस्ट्रोन से डेटा रिसेप्शन केवल पृथ्वी पर दो एंटेना में से एक के माध्यम से किया जाता है: पुशिनो (मॉस्को क्षेत्र) और ग्रीन बैंक (यूएसए) में। तदनुसार, इन स्टेशनों में से एक से उपग्रह पूरे अवलोकन अवधि के लिए दिखाई देना चाहिए, और क्षितिज से काफी ऊपर है।

3) बोर्ड पर उपकरण प्राप्त करना और प्रसारित करना कई घंटों के निरंतर संचालन के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया है - यह अपने काम से सीधे और सूर्य से, दोनों को ओवरहीट करता है, अगर यह उपयुक्त ओरिएंटेशन में डिवाइस पर पड़ता है। ज्यादातर मामलों में, यह टिप्पणियों को मौलिक रूप से सीमित नहीं करता है, लेकिन ऐसा होता है कि एक निश्चित सत्र को इस तरह की तकनीकी सीमाओं के कारण छोटा या रद्द करने की आवश्यकता होती है।

अधिकांश डेटा एक साथ काम करने वाले ग्राउंड-आधारित रेडियो दूरबीनों से प्राप्त किए जाते हैं। तथ्य यह है कि व्यक्तिगत रूप से दूरबीनों की बढ़ती संवेदनशीलता के साथ पूरे संयुक्त रूप से ऑपरेटिंग सिस्टम (रेडियो इंटरफेरोमीटर) की प्रभावी संवेदनशीलता बढ़ जाती है, इसलिए, ग्राउंड स्टेशनों के डेटा को व्यापक बैंड में दर्ज किया जाता है और, तदनुसार, एक बड़ी धारा के साथ। आमतौर पर - एक टेलीस्कोप से कुछ Gbit / s, जो एक साथ दर्जनों की एक जोड़ी तक काम करता है, सत्र का समय - कई घंटों तक। यह सभी डेटा अलग-अलग तरीकों से (विशेष रूप से आवंटित इंटरनेट चैनल, मेल द्वारा HDD भेजते हैं, और यहां तक ​​कि कर्मचारियों द्वारा HDDs को सही दिशा में भेजते हैं) सहसंबंध प्रसंस्करण विभागों में आते हैं: मास्को में Fian ACC में मुख्य, बॉन (जर्मनी) में भी।

अब डेटा की कुल राशि ≈5 पेटाबाइट्स हैं, उन्हें पहले प्रयोगों से शुरू किया जाता है और हटाने की योजना नहीं है। इस तथ्य के बावजूद कि केवल सहसंबंधक पर संसाधित डेटा का सीधे उपयोग किया जाता है (जो वास्तव में, स्रोत से संकेत को निकालता है, सभी दूरबीनों के लिए समान है, हस्तक्षेप से, जो हर जगह अलग-अलग होते हैं) और परिमाण के छोटे आकार के आदेश होने पर, मूल कच्चे डेटा का उपयोग किया जा सकता है और कभी-कभी उनका उपयोग प्रसंस्करण के लिए किया जाता है, अगर एल्गोरिदम में कुछ सुधार / तय किया गया है, या उपग्रह की कक्षा के बारे में अधिक सटीक जानकारी प्राप्त की गई है। डेटा डिस्क और टेप (संग्रह) पर संग्रहीत किया जाता है, और वास्तव में एक कमरे पर कब्जा कर लेता है। प्रसंस्करण के लिए, सीपीयू क्लस्टर का उपयोग लगभग 1 TFlop / s, cluster100 कोर की कुल क्षमता के साथ किया जाता है। यह एक मार्जिन के साथ पर्याप्त है: एक विशिष्ट अवलोकन के लिए, सहसंबंध वास्तविक समय की तुलना में कई गुना तेज होता है, जो आपको विभिन्न मापदंडों और परिणाम पर उनके प्रभाव की सुरक्षित रूप से तुलना करने की अनुमति देता है।


उपकरण डिजाइन

रेडियो एस्ट्रॉन एक बहुत लम्बी कक्षा में है: जहां तक ​​मैं समझता हूं, इस तरह की स्थितियों में इस तरह से टिप्पणियों का संचालन करने की संभावना के अलावा, यह अभी भी रूस में संचार के लिए रखी गई प्लेटों का उपयोग करने की अनुमति देता है?

सामान्य तौर पर, कक्षा की वृद्धि और रूसी एंटेना का उपयोग विशेष रूप से किसी भी तरह से जुड़ा नहीं है - पृथ्वी कताई है। इसके अलावा, समान सफलता वाले डेटा के रिसेप्शन को दो ट्रैकिंग स्टेशनों में से एक - रूस और संयुक्त राज्य अमेरिका में किया जा सकता है। दोनों पर, विशेष उपकरण विशेष रूप से आपूर्ति किए गए थे, दोनों प्राप्त और संचारित कर रहे थे।

कक्षा का बढ़ाव विभिन्न लाभ प्रदान करता है:

- निश्चित स्थानों में स्थित रेडियो दूरबीनों की एक जोड़ी स्थानिक आवृत्तियों के क्षेत्र में अनिवार्य रूप से सिर्फ एक बिंदु का मापन देती है (मनाया छवि से फूरियर रूपांतरण); पृथ्वी के घूर्णन को ध्यान में रखते हुए, दीर्घवृत्त का एक चाप प्राप्त किया जाता है। इस तरह के और अधिक अंक / आर्क्स को मापा जाता है (और जितना संभव हो उतनी बड़ी दूरी के लिए), छवि बहाली के लिए बेहतर है। इसलिए, एक लम्बी कक्षा आपको न केवल पृथ्वी में केंद्रित एक दीर्घवृत्त पर स्थानिक आवृत्तियों को मापने की अनुमति देती है, क्योंकि यह एक गोलाकार कक्षा के लिए होगी, लेकिन विभिन्न दूरी पर - कई हजार किलोमीटर से (छोटी दूरी पृथ्वी पर स्थित दूरबीन के जोड़े द्वारा कवर की जाती है) अधिकतम 300 तक। + हजार किलोमीटर, लगभग केवल एक दिशा में। ऐसा अवसर वास्तव में अक्सर उपयोग किया जाता है - एक ही स्रोत उपग्रह की एक बड़ी दूरी पर दोनों मनाया जाता है, और जब यह हमारे पास आता है।

- उपग्रह की मदद से, अन्य वैज्ञानिक समस्याएं जो रेडियो खगोल विज्ञान से संबंधित नहीं हैं, वे भी हल हो जाती हैं। उदाहरण के लिए, इसमें अंतरिक्ष (परमाणु घड़ियों) में लॉन्च किए गए सबसे सटीक हाइड्रोजन मानक शामिल हैं, जो सामान्य सापेक्षता (जब तक कोई विसंगतियां नहीं मिली हैं) द्वारा अनुमानित समय विचलन से विचलन की उपस्थिति को उच्चतम सटीकता के साथ सत्यापित करना संभव बनाता है। इसके लिए यह जरूरी है कि कक्षा बहुत लंबी हो।


हमारे समय का सबसे महंगा ग्राउंड-आधारित टेलीस्कोप (कीमत is $ 2 बिलियन) SKA या "वर्ग किलोमीटर एंटीना सरणी" है। पिछले साल की शुरुआत में, पहला एंटीना नमूना इकट्ठा किया गया था, जिसमें यह शामिल होगा, और इस साल इसका निर्माण शुरू होना चाहिए।

4 में से 3 के लिए, रेडियोएस्टन की ऑपरेटिंग रेंज एक विशिष्ट ऑपरेटिंग आवृत्ति को इंगित करती है: क्या रेडियो टेलीस्कोप की गति लगातार बदल रही है क्योंकि यह एक तरह की "आवृत्ति मॉड्यूलेटर" के रूप में उपयोग की जाने वाली कक्षा में चलती है?

उपग्रह की गति प्रकाश की गति के सापेक्ष इतनी कम है कि यह अवलोकनों को कोई लाभ नहीं देता है - आवृत्ति एक प्रतिशत के छोटे अंशों द्वारा बदल जाती है। यद्यपि, निश्चित रूप से, यह डॉपलर प्रभाव है जिसका उपयोग डिवाइस की गति के उच्च-सटीक माप के लिए किया जाता है - प्रति सेकंड मिलीमीटर के क्रम की त्रुटि।


इस अगोचर इमारत में, रेडियो एस्ट्रॉन का जन्म हुआ था। पुशिनो रेडियो एस्ट्रोनॉमी ऑब्जर्वेटरी का एक विस्तृत फोटो टूर यहां उपलब्ध है ।

रेडियो एस्ट्रोन का कुल कितना समय लगभग लोड करने का प्रबंधन करता है?

वास्तव में, अब लगभग 20% समय का प्रत्यक्ष रूप से अवलोकन किया जाता है, विभिन्न तकनीकी प्रक्रियाओं को ध्यान में नहीं रखते हुए: फ्लाईव्हील ओरिएंटेशन उतारना, रिसीवरों को गर्म करना और ठंडा करना, कमांड भेजना और सभी नोड्स के संचालन का निदान करना, संरेखण (अभिविन्यास का स्पष्टीकरण), आदि।


ऑर्बिट रेडियोएस्ट्रॉन और रेडिएशन बेल्ट

रेडियो एस्ट्रोन को पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के बाहर अधिकांश समय बिताना पड़ता है और विकिरण बेल्ट के माध्यम से लगभग 100 बार एक वर्ष गुजरता है: विकिरण सौर पैनलों द्वारा संचित होता है और इलेक्ट्रॉनिक्स अपने संचालन को जारी रखने के लिए एक सीमित कारक होता है, या इसकी सेवा का जीवन सीमित होता है, जो अपने स्थिति को नियंत्रित करता है / अन्य कारक को नियंत्रित करता है ? क्या कोई अनुमान है कि वह अभी तक कितना काम कर सकता है?

वैसे, विकिरण बेल्ट के माध्यम से पारित होने के कारण, यह उपग्रह के विभिन्न उपकरणों को पृथ्वी के ऐसे वातावरण की नियमित जांच के लिए चार्ज किए गए कण सेंसर के लिए उपयोगी साबित हुआ।

ऑपरेटिंग समय किसी भी डिवाइस तक सीमित हो सकता है - यहां तक ​​कि इलेक्ट्रॉनिक्स, यहां तक ​​कि एक चक्का भी। विभिन्न नोड्स धीरे-धीरे विफल हो रहे हैं, जो उम्मीद है - नियोजित जीवन 5 साल था, और रेडियोएस्ट्रॉन पहले से ही 6.5 से उड़ रहा है। लेकिन इस समय महत्वपूर्ण नुकसान के बिना, लगभग सभी प्रकार की टिप्पणियों को पूरा करना संभव है। उत्तरार्द्ध में, 2017 की गर्मियों में, हाइड्रोजन मानक (परमाणु घड़ियों) के लिए हाइड्रोजन बोर्ड पर समाप्त हो गया, इसलिए अब पृथ्वी के साथ सिंक्रनाइज़ेशन मोड में अवलोकन किए जाते हैं। इसमें कुछ भी गलत नहीं है - वास्तव में, यह एक ऐसी विधि थी जो मूल रूप से सभी टिप्पणियों के लिए योजनाबद्ध थी। हाइड्रोजन मानक प्रायोगिक उपकरणों की तरह अधिक था, लेकिन यह पता चला कि यह बिना किसी समस्या के काम करता है और यात्रा की आवश्यक उच्च गति प्रदान करता है। तदनुसार, इसका उपयोग 6 वर्षों के लिए टिप्पणियों के लिए किया गया था; अन्य बातों के अलावा, यह संगठनात्मक रूप से अधिक सुविधाजनक है: उदाहरण के लिए, पृथ्वी से विकिरण की आवश्यकता नहीं है और इसे समन्वित करने की आवश्यकता नहीं है।

मूल रूप से 2-3 बार आरक्षित किए गए नोड्स भी हैं, और इनमें से 1-2 प्रतियां ऑर्डर से बाहर हैं। उदाहरण के लिए, फ़्लाइव्हील जो उपकरण को घुमाते और स्थिर करते हैं - अब प्राप्त करने योग्य रोटेशन की गति उस से काफी कम है जो काम की शुरुआत में संभव थी, लेकिन यह अभी भी गणना की गई सीमा के भीतर है। कुछ ने अपनी कार्यक्षमता खो दी है - उदाहरण के लिए, कुछ श्रेणियों में एक ध्रुवीकरण अवलोकन के लिए उपलब्ध नहीं है।

उपरोक्त सभी उनके लिए अनुप्रयोगों के अवलोकन और स्वीकृति में हस्तक्षेप नहीं करते हैं - मुख्य विशेषताएं सामान्य हैं। बाकी काम के समय की भविष्यवाणी करने के लिए कोई भी नहीं करता है, क्योंकि यह निर्धारित करना लगभग असंभव है कि कोई भी महत्वपूर्ण नोड जो एकल प्रतिलिपि विफल रहता है।


2016 के मध्य में, रेडियो एस्ट्रोन ने अपना मुख्य 5-वर्ष का मिशन पूरा किया और एक विस्तारित मिशन को शुरू किया।

फिलहाल RadioAstron की सबसे बड़ी वैज्ञानिक खोज कौन सी हैं?

मैं सबसे महत्वपूर्ण बातों पर प्रकाश डालूंगा:

- यह खोज कि इंटरस्टेलर माध्यम पर विकिरण के बिखरने के प्रभाव में न केवल छवि के "धुंधला" होने की संभावना है, बल्कि छोटे विवरण भी दिखाई देते हैं, जैसे कि "लहर"। एक ओर, इसने रेडियोएस्ट्रॉन के साथ विभिन्न वस्तुओं जैसे पल्सर को देखना संभव बना दिया, जो अन्यथा दिखाई नहीं देगा (इंटरफेरोमीटर मौलिक रूप से एक समान विस्तारित / फैलाना संरचना के लिए असंवेदनशील है), और दूसरी ओर, इस प्रभाव को अब ध्यान में रखना चाहिए, उदाहरण के लिए, जब इवेंट होरिजन टेलीस्कोप के साथ काम करना, जो हमारी आकाशगंगा के केंद्र में एक ब्लैक होल की छाया को "देखने" की कोशिश कर रहा है। दरअसल, हम और ईएचटी टीम इन मुद्दों पर काफी बारीकी से काम करते हैं।

- सक्रिय आकाशगंगाओं के केंद्रों में अत्यधिक उच्च चमक का पता लगाना। यह पहले माना जाता था (न केवल टिप्पणियों से - इस बात की भविष्यवाणी करने वाले उचित भौतिक सिद्धांत हैं) कि वे परिमाण या दो कम ज्वलंत हैं, और तदनुसार, इस तरह की खोज ने इन वस्तुओं की हमारी समझ को काफी हद तक पूरक किया, और सिद्धांतों की कुछ धारणाएं अप्रतिबंधित थीं।

“सीधे उच्च-रिज़ॉल्यूशन की छवियों का उपयोग करते हुए, हम पहली बार सक्रिय आकाशगंगाओं से जेट विमानों (उत्सर्जन) की आंतरिक संरचना, हमारी आकाशगंगा में धूल डिस्क में माइक्रोवेव लेजर मास्क, और बहुत कुछ की जांच करने में सक्षम थे।


वीएलटी कॉम्प्लेक्स के 8-मीटर दूरबीन की एक जोड़ी के उदाहरण का उपयोग करके इंटरफेरोमेट्री का उपयोग करने के फायदे।

रेडियो एस्ट्रोन में जमीन आधारित रेडियो दूरबीनों की तुलना में कई गुना अधिक रिज़ॉल्यूशन है: क्या इस तरह से रेडियो स्रोतों के किसी भी बाइनरी या विज़ुअल-बाइनरी सिस्टम का पता लगाना संभव था?

उसी तरंग दैर्ध्य पर, संकल्प दस गुना अधिक है: हम पृथ्वी के 12 हजार किमी व्यास और 340 हजार किमी की कक्षा की अपोजी की तुलना करते हैं। हालांकि रेडियोएस्ट्रॉन पर बाइनरी सिस्टम के कोई विशिष्ट पता नहीं हैं, वास्तव में, हाल ही में जब तक, कोई भी इस कार्य में नहीं लगा था - पर्याप्त हाथ नहीं हैं। उम्मीदें हैं कि मौजूदा अवलोकन डेटा के आधार पर ऐसा कुछ खोजना संभव होगा।


ईगल नेबुला के दृश्य और अवरक्त स्पेक्ट्रा में छवियों की तुलना: यहां आप स्पष्ट रूप से देख सकते हैं कि बड़ी तरंग दैर्ध्य आपको आणविक बादल में आगे देखने की अनुमति कैसे देती है।

अब यह संकेत दिया गया है कि चीन रेडियो एस्ट्रोन के समान अपने दो एपेराट्यूज़ की कक्षा में प्रवेश करने जा रहा है: क्या कोई योजना है कि हमारे टेलीस्कोप के काम को बेहतर विशेषताओं के साथ या पहले से ही सौर ऑर्बिट में लॉन्च करने पर विचार किया जाए?

रेडियो एस्ट्रोन की तुलना में चीनी परियोजना "बेहतर" नहीं है, यह सिर्फ थोड़ा अलग है: यह तरंगों की उच्च आवृत्ति रेंज, 8, 22 और 43 गीगाहर्ट्ज को लक्षित करता है। तुलना के आधार पर, रेडियो एस्ट्रॉन 0.3, 1.6, 5, 22 गीगाहर्ट्ज पर संचालित होता है - यानी केवल एक बैंड मैच। विभिन्न वस्तुएं अलग-अलग आवृत्तियों पर निकलती हैं, और इंटरस्टेलर माध्यम के गुण भी भिन्न होते हैं, इसलिए इन परियोजनाओं के वैज्ञानिक डेटा एक दूसरे को अच्छी तरह से पूरक करेंगे।

रेडियो इंटरफेरोमीटर को सौर कक्षा में डालने का कोई मतलब नहीं है अगर इसे स्थलीय दूरबीनों के साथ एक साथ देखा जाता है - इसकी स्थिति के उच्च-सटीक निर्धारण की स्पष्ट समस्याओं के अलावा, जो मैंने ऊपर लिखा है वह यहाँ एक भूमिका निभाता है - माप के साथ स्थानिक आवृत्ति क्षेत्र का घना कवरेज होना बहुत ही वांछनीय है। और अगर एक एंटीना पृथ्वी पर लगभग 1 एयू, और अन्य सभी दूरबीनों की दूरी पर है, तो लाभ बहुत कम हैं।

निकट भविष्य में लगभग तैयार स्पेक्ट्रम-आरजी टेलीस्कोप (एक्स-रे गामा) है, जिसे 2019 की शुरुआत में लॉन्च किया जाना है। यह आने वाले वर्षों के लिए दुनिया में एकमात्र एक्स-रे स्पेस टेलीस्कोप परियोजना है, और यह भी (रेडियोआस्ट्रॉन की तरह, Spektr-R) मौजूदा उपकरणों की तुलना में महत्वपूर्ण अवलोकन संबंधी सुधार प्रदान करेगा।

साक्षात्कार के लिए अलेक्जेंडर प्लाविन को बहुत धन्यवाद। यदि आप भी उन्हें धन्यवाद देना चाहते हैं या उनसे आपके सवाल पूछना चाहते हैं, तो उनका उपनाम है: चर्सन्या