К запуску в космос готовится новый телескоп, имеющий такое же разрешение, что и Хаббл

Готовится к запуску в космос новый телескоп, цель которого – ответить на самые насущные вопросы современной астрономии. Запуска многообещающей обсерватории Нэнси Грейс Роман, которая будет иметь такое же разрешение, что и Хаббл, но покроет в сто раз больше неба, можно ожидать в октябре 2025 года. Однако его судьба окутана неопределенностью: действительно ли он полетит в космос или останется только на бумаге?

Фото: http://sciencefiction-nastragull.blogspot.com/

За последние десятилетия астрономические исследования прошли долгий путь: ученые ежегодно получают ответы на широкий круг вопросов, а на Земле и за ее пределами работают постоянно улучшающиеся обсерватории. Однако мы остаемся только в начале познания огромной вселенной. Мы уже можем относительно хорошо наблюдать видимое вещество, но, по оценкам, оно составляет лишь 5% известного космоса. Мы практически ничего не знаем об остальных 95%, то есть о загадочной темной материи и темной энергии.

Хотя нам уже удалось открыть более 4300 экзопланет, лишь очень небольшая часть из них близка к Земле по размеру и весу. Легче найти большие и материальные тела. Пока мы не можем даже статистически достоверно оценить, сколько орбит в Галактике могло произойти. Исследования экзопланет и изучение темной материи и темной энергии – две области, которые больше всего определяют современную астрономию. И именно в этих областях новый космический телескоп с общим названием Nancy Grace Roman Space Telescope (RST – Roman Space Telescope, ранее WFIRST) должен принести новый свет.

Еще один Хаббл?

Общественность впервые смогла узнать о телескопе Нэнси Роман в 2010 году, когда Национальный исследовательский совет США (NRC) рекомендовал его в качестве приоритета для астрономии на ближайшее десятилетие. Первоначальный дизайн его конструкции был создан годом позже и включал главное зеркало диаметром 1,3 метра, а также единственный научный инструмент – широкоугольную камеру со спектрометром, работающую в видимой и ближней инфракрасной области спектра.

Однако в 2012 году появилась возможность для значительных улучшений: Национальное разведывательное управление (NRO) предложило НАСА подарок в виде двух зеркал диаметром 2,4 метра – того же размера, что и главное зеркало космического телескопа Хаббл. Итак, приближается ли еще один Хаббл? Нет. Несмотря на тот же диаметр, недавно подаренные зеркала имеют меньшее фокусное расстояние и соответствующее более широкое поле зрения. Однако, прежде всего, телескоп Хаббл и телескоп Нэнси Роман разделяют три десятилетия технологического развития. Эти два различия означают, что с тем же разрешением, что и Хаббл, его будущий коллега покроет в сто раз большую часть неба!

Фото: https://prokocmoc.ru/

Хотя подаренное зеркало означало экономию финансовых средств и определенный импульс для реализации проекта, оно все же составляло лишь небольшую часть стоимости. К этому следует добавить чрезвычайно дорогие научные инструменты и другое оборудование, обеспечивающее функциональность обсерватории в космосе, деньги на разработку, испытания и, что не менее важно, запуск ракеты и последующую эксплуатацию. Первоначальные планы оценивались в 1,6 миллиарда долларов.

В последующие годы конструкция телескопа была усовершенствована, и были рассмотрены различные конструкции, в том числе возврат к первоначальным планам с меньшим главным зеркалом или даже с меньшим диаметром 1,1 метра. Кроме того, был добавлен второй научный инструмент – очень многообещающий коронограф, который позволит напрямую наблюдать экзопланеты в непосредственной близости от их звезд.

Выбор рабочей орбиты также был одной из фундаментальных дилемм. Рассматривался центр L2 системы Солнце-Земля или геостационарная орбита. Недостаток L2 заключается в основном в расстоянии: поток данных от обсерватории будет ниже, чем если бы он вращался вокруг Земли. Кроме того, это будет означать более высокие требования к топливу, что связано с более высоким стартовым весом и, следовательно, более сильной и более дорогой ракетой. С другой стороны, L2 предлагает лучшие условия наблюдения и лучшую термическую стабильность окружающей среды. И именно из-за беспрепятственного обзора выбор окончательно пал на вышеупомянутый центр освобождения, расположенный в 1,5 миллиона километров за Землей вдали от Солнца.

После пяти лет концептуальной разработки и предварительного проектирования проект 2,4-метрового зеркального телескопа Нэнси Роман был официально одобрен в феврале 2016 года, после чего он перешел на этап разработки и производства оборудования и доработки проектной документации. В начале следующего года была создана независимая оценочная комиссия для оценки миссии с технологической, экономической и управленческой точки зрения. Несколько месяцев спустя она представила отчет, в котором оценивается, что строительство, испытания, запуск и эксплуатация обсерватории обойдутся в 3,9 миллиарда долларов. Указанная цифра превзошла не только первоначальные планы с меньшим зеркалом, но, прежде всего, бюджет, установленный в 3,2 миллиарда. Однако в этой сумме не учтены расходы на новый коронограф и эксплуатационные расходы в первые пять лет после запуска. Поэтому НАСА установило свою собственную комиссию, которая оценила окончательную цену в 3,6 миллиарда долларов. Эта цифра также превышает допустимый предел и будет означать сокращение бюджетов других астрономических проектов, о чем не могло быть и речи.

Фото: http://innotechnews.com/

Кроме того, комиссия выявила, что телескоп Нэнси Роман по такой высокой цене должен быть отнесен к категории научных миссий A, которая включает флагманы, входящие в состав долгосрочных стратегических программ, такие как марсоход Perseverance. Однако к этим миссиям предъявляются более строгие требования и проводятся более тщательные предпусковые испытания. Следовательно, затраты внезапно увеличатся еще на 300 миллионов, что даст RST цену в 4,2 миллиарда. Итак, руководство НАСА дало четкое указание: найти решение, чтобы опуститься ниже 3,2 миллиарда.

При значительном удешевлении космических проектов урезать научное оборудование или снижать его производительность – неприятная практика. Однако в этом случае устройства удалить не удалось. RST имеет только два устройства, и без камеры WFI или широкоугольного прибора он остался бы буквально слепым, а без нового коронографа он потерял бы значительную часть своего научного потенциала. Второй вариант заключался в использовании менее мощных датчиков или уменьшении количества цветных фильтров или каналов в детекторе камеры. Так как же сэкономить сотни миллионов без ущерба для качества обсерватории? Вопрос…

Этапы научных миссий НАСА

Каждая научная миссия Космического агентства США проходит несколько последовательных этапов:

• Фаза A: концептуальное и технологическое развитие
• Этап B: составление предварительного проекта
• Этап C: завершение дизайна и производство
• Этап D: сборка и интеграция системы, тестирование и запуск
• Фаза E: эксплуатация и обслуживание
• Этап F: вывод из эксплуатации

Римский космический телескоп в настоящее время находится в фазе B / C.