Холодный космос: зачем Россия повезла телескопы в Арктику
За Арктику в России в последние годы взялись всерьез: на территории одного из лучших вузов страны, в подмосковном Долгопрудном, для «полярников» даже выстроили новый корпус, где разместились лаборатории, исследующие ледовую обстановку, состояние Северного ледовитого океана и космическое пространство над северными широтами. В корпусе «Физтех. Арктика» Александр Родин, руководитель лаборатории инфракрасной спектроскопии МФТИ, рассказал «ПМ» о проекте создания сети арктических телескопов.
Вид с севера
Размещать чувствительную оптику в Заполярье – идея новая и на первый взгляд странная: там нет гор (а телескопы, как правило, устанавливают на большой высоте) и погода почти всегда плохая. На самом деле некоторые преимущества у Арктики есть: во-первых, она большая, и если постараться, можно найти место, где бывает довольно много ясных дней. Во-вторых, области над полюсами до сих пор плохо изучены, и любые данные о них очень ценны – в частности, данные о составе и поведении атмосферы. Наземные телескопы, расположенные в других частях земного шара, для наблюдения Арктики бесполезны, и даже для спутников пространство над Северным полюсом часто остается слепым пятном.
Проект, над которым работают сейчас Александр Родин и его коллеги, создается для наблюдения за объектами на орбите – спутниками действующими и будущими и космическим мусором. В будущем он может стать частью большой системы мониторинга космического пространства. Подобные системы создавались в эпоху холодной войны в первую очередь для защиты от ракетного удара. Сегодня мониторинг космического пространства – задача, важная для мирного освоения космоса: от информации о том, что происходит на орбите, зависит безопасность спутников связи, научных аппаратов и пилотируемых космических кораблей.
«Современный телескоп – это не только и не столько оптика, сколько сложная автоматика и мощный вычислительный центр. В Лаборатории космической информатики мы занимаемся обработкой информации, собранной приборами. данных у нас, в общем, немного: оптический телескоп видит только блик – отраженный от спутника свет Солнца, и для этих бликов мы можем измерить лишь углы и угловые скорости движения. Чтобы, располагая этими данными, точно вычислить параметры орбиты, нужны очень точные измерения и очень точная математика. Мы ищем способы усилить слабые сигналы, вычислить орбиту как можно точнее, а главное – сократить время обработки информации; только тогда наши данные можно будет использовать для пополнения каталогов космических объектов, необходимых для обеспечения национальных интересов РФ», – Дмитрий Дмитриевич Ступин, заведующий лабораторией космической информатики МФТИ.
По мере заполнения околоземного пространства спутниками и космическим мусором (отработавшими свой срок аппаратами и их фрагментами) отслеживать ситуацию становится все сложнее. «Космический трафик сегодня регулируется примерно так же, как дорожное движение в начале XX века, когда на площади больших городов можно было встретить и лошадь, и конку, и автомобиль, и все они самостоятельно прокладывали себе путь, – объясняет Родин. – Со временем мы выработали правила, поставили регулировщиков, а сейчас постепенно отказываемся и от них, доверяя наблюдение автоматике. В космосе нам предстоит сделать то же самое».Технология наблюдения, которую собираются применить в Арктике, не нова: это обычные оптические телескопы, правда защищенные от арктической погоды – сильного ветра и мелкой ледяной крошки, круглый год летающей над тундрой даже в самые ясные дни. Главная задача ученых – научиться быстро обрабатывать собранную телескопами информацию. Над алгоритмами обработки, в том числе элементами искусственного интеллекта, трудятся сотрудники Лаборатории космической информатики МФТИ.
Полюс понимания
Но кроме решения прикладной задачи мониторинга спутников и космического мусора сеть арктических телескопов позволит ответить на важные научные вопросы. «Раньше я изучал атмосферы других планет – Марса и Венеры, участвовал в разработке аппаратуры для межпланетных миссий ExoMars, Mars Express и Venera Express, – рассказывает Родин. – Когда занимаешься климатом какой-либо планеты, начинаешь понимать, что его невозможно по-настоящему понять, не изучив ситуацию в ее полярных областях. И с Землей все обстоит точно так же: Арктика – это ключевой регион для понимания земного климата». Так, известно, что Арктика стремительно теплеет – намного быстрее, чем Земля в целом, и быстрее, чем Антарктида. Но данных о динамике концентрации парниковых газов над Северным ледовитым океаном у климатологов нет. Сегодня всего два спутника измеряют концентрацию углекислого газа в атмосфере – японский GOSAT и американский OCO, и ни один из них не наблюдает высокие широты, поэтому любые данные – в том числе и собранные наземным оборудованием в Заполярье – будут представлять огромную ценность.
Чтобы сделать телескоп полностью самостоятельным, инженер проекта Игорь Наливных собирает для него кастомные приборы. Так, уже в этом году будет опробован датчик облачности; как только он даст сигнал «ясное небо», крыша над телескопом автоматически откроется, и наблюдения начнутся. При высокой облачности крыша будет закрыта, чтобы защитить телескоп от снега и ветра и продлить срок его службы.
Следующая экспедиция МФТИ состоится летом 2019 года: планируется, что в нее отправится не только телескоп, но и прибор, собранный в лаборатории прикладной инфракрасной спектроскопии, – он соберет данные о концентрации парниковых газов, а также о скорости и направлении ветра в стратосфере. Во время летней экспедиции ученые должны выбрать площадки для размещения будущих телескопов – пока речь идет о трех, но возможно, что их станет больше. После того как телескопы привезут и установят, люди уйдут: все управление поручат автоматике, а данные будут отправлять сразу в Москву по уже испытанному каналу спутниковой связи.
