ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР АКАДЕМИЯ НАУК СССР
ПО НАУКЕ И ТЕХНОЛОГИЯМ
ВСЕСОЮЗНЫЙ ИНСТИТУТ НАУЧНОЙ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
{ВИНИТИ)
Для служебного пользования
Экз. №—
ЗАРУБЕЖНЫЕ
КОСМИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ
Реферативный сборник
ПРОЕКТ ЗАПУСКА В США
КОСМИЧЕСКОГО ИНФРАКРАСНОГО
ТЕЛЕСКОПА SIRTF
Приложение I к ЗККС № 9
МОСКВА 1991

ОБЪЕДИНЕННАЯ РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
информационных изданий по астрономии, геодезии,
исследованиям космического пространства и Земли из космоса
Главный редактор акад. А. А. БОЯРЧУК
Члены редакционной коллегии: проф. Т. А. Агекян,
акад. В. А. Амбарцумян, д. ф.-м. н. Ю. В. Батраков,
чл.-корр. АН СССР Ю. Д. Буланже, к. т. н. В. Д. Власов,
проф. В. Г. Горбацкий, д. ф.-м. и. А, А, Гурштейн,
проф. Я. Л. Зиман, акад. К. Я. Кондратьев, к. ф.-м. н. Э. В. Кононович,
д*ф.-*м.1*. А.П.Кропапкин, чл. *орр<АН СССР МЯМауое.проф. АЛМасееич,
к. т. н. Я. 77. Медведев, д. ф.-м. н. Д. И. Иагирнер, проф. Ю. М. Нейман,
проф. И. Д. Новиков, проф. JI. П. Пеллинен, проф. В. В. Подобед,
к. х. н. Л. Д. Ревина, акад. Р. 3. Сагдеев, к. ф.-м. и. Я. Я. Сажусь,
проф. В. А. Сарычев, А. Я. Сёдякина (ученый секретарь редколлегии),
д. ф.-м. н. В. И. Слыш, акад. В. В, Соболев, д. ф.-м. и. А. В. Тутуков,
к. ф.-м. и. В. Г. Шалаев, д. ф.-м. н. В. В. Шевченко,
к. ф.-м. н. /С. Б. Шингарева, к. ф.-м. и. И. С. Щербина-Самойлова
(зам. главного редактора)
Составитель ~*«ж«я« БМ.Ермишхнн
Научный редактор -к.ф.-м.н. В.ТМажаее
© ВИНИТИ, 1991

Сотрудники ^Лаборатории реактивного движения США
(Пасадена, шт. Калифорния) Спехальский, Черняк, Мак-Лафлин,
Вернер, Мейсон и Сохус на конференции общества А1АА по
космическим программам и технологиям, которая состоялась
25-28 сентября 1990 г, в Хантсвилле (шт. Алабама),
выступили с докладом о проекте разработки и запуска в конце
1990-х или начале 2000 г» Космического ИК-телескопа
SIRTF (Space Infrared Teles cope Facility). Настоящее
приложение является изложением вышеупомянутого доклада*
Введение
Тепескосг SIRTF относится к классу ИК-телескопов с
криогенным охлаждением и фокусным расстоянием порядка одного
метра для проведения из космоса исследований в области ИК-
астрономии* Телескоп станет составной частью семейства
космических обсерваторий НАСА для проведения исследований во
всем диапазоне спектра электромагнитных излучений^ в
которое входят Космический телескоп им» Хаббла (HST),
Перспективная рентгеновская обсерватория для астрофизических
исследований (AXAF)f Обсерватория для исследований в
области гамма-астрономии (GRO). Телескоп SIRTF должен
быть выведен на околоземную орбиту высотой около 100 тыс.
км, что обеспечит 5-ти летний срок службы телескопа без
пополнения запасов криогенного охладителя. Расположение на
высокой орбите повысит вдвое эффективность использования
телескопа по сравнению с нахождением на низкой
околоземной орбите» Следовательно от телескопа . SIRTF в
течение его 5-ти летнего срока службы будет получено столько же
научной информации сколько может дать ИК-телескоп^
находящийся на низкой орбите, в течение 10 пет*
Орбита телескопа SIRTF и его совершенная научная
аппаратура позволят в 100-10000 раз повысить чувствительность
по сравнению с существующими ИК-телескопами. Новый теле-
3
2

скоп позволит вести наблюдения на всей ширине полосы ИК-
диапазона без каких-либо атмосферных возмущений» Криогенное
охлаждение телескопа устранит помехи, которые могут
возникать в результате воздействия ИК-излучений от элементов
конструкции и оптической аппаратуры телескопа.
Разработка конструкции и изготовление телескопа SIRTF
будут производиться на базе научного и технологического
опыта, который приобретен в результате осуществления
проектов НАСА IRAS (Infrared Astronomical Satellit - ИСЗ для
исследований в области ИК-астрономии) и СОВЕ (Cosmic
Background Explorer - ИСЗ для исследований космического
фона). Приборы, установленные на борту телескопа SIRTF,
позволят вести регистрацию излучений с длинами волн от 2
до 700 мкм, включая диапазон 3,5-300 мкм, который
обеспечит проведение наблюдений за ранними стадиями развития
Вселенной,
Задачи исследований и бортовая научная аппаратура
С помощью телескопа SIRTF смогут быть проведены
доследования по следующим направлениям:
Образование и эволюция галактик. Через 10 млн лет
после начала образования галактики большая часть ее
излучений идет от звезд, именуемых красными гигантами, максимум
которого приходится на ИК-диапазон электромагнитного
спектра. Телескоп SIRTF сможет регистрировать длинноволновые
ИК-излучения со все большей величиной красного смещения,
которые соответствуют наиболее раннему периоду образования
про тога лак тик, когда только начиналось образование первых
звезд галактики» Эта информация имеет очень важное значение
для астрономии*
ИК—галактики и их взаимосвязь с квазарами» Анализ
информации, полученной от ИСЗ IRAS, привел ученых к
предположению, что столкновения галактик могут привести к
образованию квазаров в ядрах галактик. Снимки от ИСЗ IRAS
из-за их недостаточно высокой разрешающей способности не
позволяют сделать окончательные выводы» Аппаратура,
установленная на борту телескопа SIRTF, позволит сделать
прорыв в изучении сверхярких ИК-галакгик и их взаимосвязей с
квазарами. Спектрограф телескопа SIRTF позволит
проникнуть внутрь галактик через окружающие их пылевые оболоч-

ки и определить степени ионизации и возбуждения вещества
вблизи источников ИК-свечения» С помощью снимков, которые
будут получены с борта телескопа SIRTF, будут изучены
процессы эволюции квазаров и ультраярких источников ИК-излу-
ч?ния на ранних стадиях образования Вселенной,
[Ъдакуики щ. образов a рде ^шподы^ .ЭД5ЗД» Вновь
образующиеся звезды находятся внутри пылевых облаков, из вещества
которых они образовались» Наблюдения с помощью
ИК-телескопа позволят изучать ироцессы формирования молодых звезд и
их взаимодействия с облаками пыли и газа, окружающих их,
С помощью телескопа SIRTF можно будет изучать процессы
образования звезд внутри нашей Галактики. Детапыгые
исследования позволят изучить морфзлогию и физическое состояние
отдельных протозвезднзых объектов и окружающую их среду, а
также изучить процессы взаимодействия коддапсируюишх
объектов с окружающими ах облаками»
Синтезу яуе пых элгеменговт Наблюдения Сверхновой звезды
1987А в Большом Магеллановом Облаке показали, что
спектры ИК~ из лучений имеют уникальные возможности для изучения
процессов, протекающих в момент взрыва массивной звезды.
С помощью ИК^спектров SN 1987A были обнаружены
излучения кобальта, никеля и железа* синтез которых происходит
в я дую ко л лансирующей звезды* Ожидается, что с помощью
аппаратуры телескопа SIRTF фудут получены сопоставимые
спектры сверхновых звезд* которые находятся на расстояниях
до 100 млн световых лет от Земли. Полагают, что телескоп
SIRTF позволит оШаружить около десятка сверхновых
звезд. , - ' .
Вещ^стфсц окцужак^дее ^везфац С помощью ИСЗ IRAS
были обнаружены остатки гтайетных систем ббяиаи близких к
СсшнечнШ системе з&т& В&$щ Фошяьхо и Бета Пикгорис.
Зодиакальные пылевые облака в Солнечной системе дают
iO~7 от общего шезго&ого потока Солнца, Остатки пданет,
окружающих звезду Бета Пик то рис, как показали данные,
полученные с йомошью ИСЗ Ifl&S, погйощают и пере
излучают 0*2% светового потока звезды* Как ожидают ученые!
телескоп с его совершеннйй аппаратурой позволит детально
изучить планетные системы вблизи ближайших звезд*
аналогичных Солнцу. ' •
Планеты, малые уела и диффузное вещесувс^ в Соднечной
системе» Пролет КА "Пионер" и ^Вояджер" через внешние
слои Солнечной системы, а также изучение информации от
1-3 5

ИСЗ IRAS позвонили обнаружить новые факты о строении
Солнечной систем!I, которые требуют более детального
изучения. Ожидается, что информация, которая будет поступать с
борта телескопа SIRTF даст возможность изучить внешние
районы других солнечных систем и тем самым углубить поэ-
нания об удаленных планетах нашей Солнечной системы.
Телескоп SIRTF позволит получить ИК-спектры комет,
астероидов и спутников планет Солнечной системы, с помощью
которых будег определен химический состав этих разнообразных
объектов. Ожидается, что с помощью спектрографа на борту
телескопа SIRTF будут изучены аврорапьные явления на
гигантских планетах и проведены всесторонние исследования
спутника Юпитера Ио, на поверхности которого проявляется<
активная вулканическая деятельность»
На борту тегескопа SIRTF намечено установить три
крупных прибора: ИК-камеру IRAC (Infrared Array Camera), MHO-
госпектральный фотометр для ведения съемок MIPS (Multibana4
Imaging Photometer) я ИК-спектрограф IRS (Infrared Spectro—
graph), основные сведения о которых приведены в
таблице 1» Камера IRAC должна включать двухразмерную решетку
чувствительных элементов, обеспечивающую широкоугольную
(7 дуг* мйн) съемку с ограниченной дифракцией в диапазоне
от 2 до 30 мкм. Фотометр MIPS предназначается для
съемки и фотометрии в диапазоне 30-200 мкм и широкоугольной
съемки и картографирования в диапазоне 200-700 мкм (с
возможностью расширения диапазона съемок до длин волн
1200 мкм). Приборы IRAC и MIPS будут обеспечивать
также измерения поляризации. Спектрограф IRS
предназначается для измерений в диапазоне 2,5-200 мкм с помощью
двухразмерной решетки детекторов.
Сбстав и Описание конструкции комплекса SIRTF
Телескоп SIRTF представляет собой комплекс, в состав
которого входят собственно телескоп, научные приборы и КА
с системами, обеспечивающими размещение и эксплуатацию
телескопа и научных приборов. Собственно телескбп^ мож^о
разделить на сборку оптической аппаратуры OTA (Optical
Telescope Assembly),камеру для размещения научных
приборов MIC (Multiple Instrument Chamber)# датчики для точного
наведения научных приборов и криостат, внутри которого
находятся сборка ОТА и камера MIC.
в

Таблица 1
Основные сведения по научным приборам
Обозначение прибора
IRAC
IRS
1
MIPS
Научный руководитель
Ведущие организации
Джованни Фацио, Джеймс Хук, Корнепь-
Смитсонианская аст~ ский университет
рофизич. обсерв.
-ЯИЦ им. Годдарда,
НАСА
Назначение и спектрапь- Съемка и фотомет-
ный диапазон рия, 2-30 мкм
Задачи ^исследований
Обзоры глубокого
космоса, "изучение
протогалактик и
процессов
образования звезд
Фирма Ball Aero—
space
Спектроскопия 2,5-
200 икм
Изучение сверхновых
звезд за пределами
Галактики, спутников
планет, процессов
возбуждения ь ИХ-
галактиках
Джордж Пике, универси-
тет тт. Аризона
Фирма Ball Aerospace
-Фотометрия и съемка
30-700 мкм
Обнаружение дисков
планетных обломков,
измерение яркости галактик,
изучение комет пояса

Сборка OTA представляет собой установку типа Ричи-Креть-
ена Кассогрена с фокусным отношением i /24. Первичное зерка-
то - кварцевый диск диаметром 95 см и фокусным
отношением f/2,3. Вторичное зеркало обеспечивает разбивку, сканиро-
ванио, фокусирование и регулировку качества изображения.
Научные приборы должны размещаться по внутренней
цилиндрической поверхности камеры MIC таким образом, чтобы
приемные элементы приборов находились в фокальной плоскости
телескопа для постоянного получения каждым прибором части
светового потоки. В центре фокальной плоскости установлено
зеркало FTM (Faceted Tertiary Mirror), с помощью которого
должен подводиться световой поток телескопа к каждому из
гаучных приборов. (
Камора MIC обеспечивает механическое крепление
научных приборов, герморегулирование и размещение проводов йля
электропитания приборов. Камера крепится к задней несущей
плите телескопа, на которую опирается и сборка ОТА.
Каждый из научных приборов состоит из датчика, охлаждаемого
блока электроьной аппаратуры и 'теплого* блока электронной
аппаратуры. Датчики приборов и блоки охлаждаемой
аппаратуры находятся внутри камеры MIC, а блоки "теплой* апара-
туры вне ее, соединяясь с ними с помощью коаксиальных
кабелей длиной по нескольку метров.
Криостат должен содержать около 4 тыс. литров (570 кг)
сверхтекучего гелия, имеющего температуру 1,45 К или ншке.
Конструкция криостата будет разрабатываться на основе
опыта, по луче иного при разработке криостатов для КА IRAS,
СОВЕ и ИК-космическЬй обсерватории ISO. Крцостат имеет
форму кольцеобразного цилиндра» внутри которого
находятся камера MIC и элементы сборки ОТА. Потери жидкого
гелия снижаются за счет применения надежной системы
теплоизоляции и перемычки в передней части телескопа для
уменьшения светового потока от Солнца и Земть Перемычка
оснащается собственной системой охлаждения, чтобы увеличить ,
срок ее службы в процессе испытаний и,использовать ее w~*
качестве "холодной* мишени при проведении калибровочных
испытаний. После вывода телескопа SIRTF на орбиту и
завершения периода очистки телескопа от загрязняющих
веществ перемычка удаляется.
Терморегулирование и тепроароряишь < Расчетный срок
службы телескопа SIRTF в три раза превышает срок
службы предыдущих космических телескопов с криогенной системой
8

охлаждения. Поэтому при разработке конструкции телескопа
обращается особое внимание на то, чтобы уменьшить тепловой
пЬток к криостату со сверхтекучим гелием. Тепловые
нагрузки приборов и температуры внешних элементов конструкции
телескопа должны быть в максимально возможной степени
уменьшены. Все кабели, идущие вовнутрь камеры MIC,
должны охлаждаться с помощью испаряющегося гелия.
Проектирование систем терморегулирования и теплоизоляции
производились специалистами, Эймского НИЦ НАСА и
разработчиками научных приборов. Согласно расчетам, тепловой поток
от научных приборов к криостату не должен превышать
27 , мВт* а от апертуры телескопа - 3 мВт, при температуре
На внешних поверхностях телескопа 115 К. Возможно, что
фактический срок службы телескопа SIRTF на орбите
достигнет 6 лет.
Детекторы фотометра MIPS и ИК-спектрографа IRS,
которые догакны вести измерения в диапазоне 50-200 мкм,
располагаются очень близко к ванне жидкого гелия с
температурой менее 1,45 К# Камера, в которой будут располагаться
болометры, должна охлаждаться до 0,1 К с помощью
дополнительной ступени охлаждения, разрабатываемой под
руководством проф. Попа Ричардса из Калифорнийского университета в
Беркли.
Требовздия к технологиям изготовления. Наиболее важными
вопросами при изготовлении телескопа SIRTF буду*
обеспечение заданной формы первичного зеркала и точности его
установки, изготовление активного вторичного зеркала,
уменьшение светового потока рассеивания и обеспечение расчетных
характеристик криогенной системы охлаждения * необходимо
также достичь минимально возможной массы телескопа, учир
тывая необходимость его вывода на орбиту высотой 100 тыс.
км. ' '
Дифракция первичного эеркапа диаметром 95 см не должна
Превышать 3 мкм. Предстоит еще сделать выбор маУериала
для изготовления зеркала и типа его конструкции: в виде
монодата, иди в виде облегченной конструкции. Вторичное зеркапо
Ййаметром 10,8 см допжно работать при температурах net
Шише 4 К и сохранять температурную стабильность при изме-
Йенйях температуры & несколько тысячных допей К»
Характеристики решеток чувствительных элементов,
используемых в научных приборах тепескопа SIRTF представлены
Ь таблице 2* Наиболее трудной П£qбJзeмoй_являeт5Я_Jl^crижa•-' *
9

Таблица 2
Основные характеристики решеток чувствительных элементов
Спектральный
пазон, мкм
2-5
5-28
30-120
12О-20О
диа->
Научные при- i
боры
IRAC,
IRAC,
MIPS,
MIPS,
IRS
IRS
IRS
IRS
Характеристики решеток
256x256 InSb
128 x!28 Si : As
Фотопроводники формата
до 32 x 32 из Ge:Be и
Ge : Ga
Фотопроводники форматом
от 2 х 8 tt до 2 х 24 из
напряженного Ge : Ga
ние такого низкого значения температуры охдаждения
детекторов как 1,4 К» Решающее значение для обеспечения срока
службы телескопа в течение 5 нет будет иметь снижение
температуры на наружных поверхностях телескопа до 115 'К
(на ИСЗ IRAS эта температура составляла 200 К).
Для регистрации излучений с длиной волны 200 мкм и
более будут применяться кремниевые или германиевые
болометры, охлажденные до температуры до 0,1 К с помоецью
холодильного устройства с адиабатическим размагничиванием»
Телеекоп SIRTF массой около 3500 кг будет размещен
на борту КА, масса которого составит около 2000 кг. Вывод
на орбиту всего комплекса телескопа можно будет
осуществить с помощью РН *Титан/Центавр*» Согласно эскизному
проекту» на КА будет применен распределительный принцип
размещения агрегатов и систем КА. Благодаря этому койст-
рукция КА будет более компактной с относительно небольшими
значениями моментов инерции и низким расположением центра
масс.
Передача данных от научных приборов к бортовым
запоминающим устройствам должна производиться со скоростью
120 кбит/с, а из запоминающих устройств на наземные стаН--
ции по радиоканалам S-диапазона со скоростью 1,1Мбит/с. :
Ориентация телескопа в пространстве будет осуществляться с
точностью 0,25 дуг» секунд, а удержание в заданном
положении - с точностью 0,15 дуг, секунд* Разгрузка инициальных
10

маховиков системы ориентации должна производиться с
помощью сопел, работающих на холодном газе. Изучается вопрос
о конструкции и размещении датчиков iочной ориентации FGS
(Fine—Guidance Sensor)» Желательно разместить датчики в
фокальной плоскости телескопа, но большинство датчиков,
работающих в видимом диапазоне спектра, не могут
эксплуатироваться при криогенных температурах» Возможно
применение датчика ИК-типа, но это потребует переработки
справочного каталога опорных звезд из видимого диапазона в ИК-
диапазон.
урцррркс
Наземный комплекс, с помощью которого будет
обеспечиваться работа телескопа SIRTF, обозначается SMOS (Science
and Mission Operations Systems —системы научного и
эксплуатационного обслуживания). Основными элементами наземного
комплекса являются: сеть слежения за глубоким космосом
(DSN); космический летный эксплуатационный центр (SFOC -
Space Flight Operations Center); эксплуатационный центр
(МОС — Mission Operation Center); научный вспомогательный
центр (SSC — Science Support Center),
Центральную роль в получении и обработке научной
информации должен играть центр SSC. Этот центр должен
оказывать помощь наблюдателям GO (Guest Observers - гостевые
наблюдатели) в подготовке документации и оформлении пред-
ЙЬжений на проведение наблюдений, осуществлении процесса
НО отбору предложений и комплектации предложений от госте-
8Ых наблюдателей и наблюдателей с гарантированным
временем ДЛЯ проведения наблюдений GTO (Guaranteed-Timc Observer)
с целью подготовки спецификаций на проведение наблюдений.
Центр выпускает информацию в виде удобном для наблюдете^
лей и для хранения в научном архиве.
В состав центра SFOC входят отделы по организации
многоцелевых проектов и средства наземного обеспечения
Космических полетов. На линиях связи Земля - телескоп
производится формирование команд для передачи на борт
телескопа и преобразование в соответствующие форматы, пригодные
для подачи на НС сети DSNH Линии связи телескоп - Земля
предназначаются для передачи ТМ-информации с борта теле-
.скеша. На соответствующем оборудовании наземного комплек-
11

са ТМ-информация преобразуется в форму, пригодную для ио~
пользования техническими специадиетами и учеными.
Полученная информация используется как в реальном времени, так и
для заполнения соответствующих: баз данных. Центр SFOC
комплектуется полностью специалистами общего назначения,
не связанных с проектом телескопа SIRTF.
Эксп^уауациди11Ы$ цецур А^ОС содержит аппарат и
оборудование для выполнения операций, свойственных только для
проекта телескопа SIRTF. В этот цингр поступают спецификации,
определяющие последовательность проведения наблюдений,
которые разрабатываются в научном вспомогательном центре, для
преобразования в форматы для передачи на борг телескопа.
Центр МОС отвечает также за разработку нового
программного обеспечения для микропроцессоров бортовых систем,
которые обеспечивают функционирование летного оборудования ИСЗ-
телескопа. После завершения начального этапа отладки
оборудования и научной аппаратуры телескопа SIRTF все
операции по получению и анализу информации, поступающей в
реальном времени,. будут переданы в центр SFOC. Существующая
сеть станции слежения за глубоким космосом не потребует
каких-либо существенных изменений после вывода на орбиту*
телескопа IPTG.
Основше эуапы осуществления проекта
В январе 1990 г» НАСА назначило Лабораторию
реактивного движения руководителем работ по телескопу SIRTF.
К работам по телескопу будут привлекаться специалисты Каш-»
форнийского технологического института (Caltech).
Намечается вести разработку ИСЗ-гелескопа по tmyU основным
контрактам. По первому контракту должна производиться
разработка научных приборов, криостата и оптической аппаратуры!
а по второму контракту - разработка и испытания конструкции
корпуса ИСЗ и всех его летных систем»
Исследования этапа А по телескопу SIRTF были
проведены Эймсским НИЦ НАСА» На этапе В предусмотрено про^еде*»
ное концептуальных исследований телескопа по множеству
параллельных контрактов. На основе работ этапа В будет состав-
дан предварительный ]план работ на этапах C/D j который
предназначен для выбора] конструкции, детального ее
проектирования, испытаний, сборки и отладки всех элементов
конструкции телескопа после его вывода на орбиту (про доджи те ль ноо-
12

тъю до 30 суток после запуска). Научные приборы после их
изготовления должны быть поставлены головному разработчику
телескопа для сборки телескопа, а телескоп в сборе -
головному разработчику ИСЗ» Вывод ИСЗ-телескопа на орбиту
намечается на конец 1999 - начало 2000 г.
Space Infrared Telescope Facility (SIRTF)
Implementation, Plan " AIA A Paper", 1990, N 3545

СОДЕРЖАНИЕ
Введение* ...••••••••••••••••••••••••• *
Задачи исследований и бортовая научная аппаратура. . . • 4
Состав и описание конструкции телескопа SIRTF • . • • 6
Наземный комплекс» • ••••••••••••• ••••••• » 11-
Основные этапы осуществления проекта. •••••••••• 12
Технический редактор Л.П, Наймушина Корректор TJ3. Шеншина
Сдано в набор 21*08.91 Подписано в печать 02.08.91
Формат 60 х90 1/16 Бум.офс. Печать офсетная
Усл.печ.л. .1*0 Усл.-кр.отт. 1,0 Уч»-изд.л. 0г60
Тир.*536 экз. . Зак. 126Д
Адрес редакции: 125219, Москва» ул. Усиевича, д. 20а
Тел. 152-54-94
Производственно-издательский комбинат ВИНИТИ
140010, Люберцы 10, Московской обл.,
Октябрьский проспект, 403