ART-XC — рентгеновский телескоп , созданный Институтом космических исследований РАН и РФЯЦ-ВНИИЭФ ; наряду с немецким телескопом eROSITA является частью российской космической обсерватории « Спектр-РГ ». Название расшифровывается как «Astronomical Roentgen Telescope — X-ray Concentrator» (с англ . «Астрономический рентгеновский телескоп — концентратор рентгеновских лучей»). Научный руководитель проекта — доктор физ.-мат. наук Михаил Павлинский , ИКИ РАН .

Описание

Телескоп работает в диапазоне энергий 6—30 кэВ (килоэлектронвольт) и имеет 7 модулей рентгеновских зеркал скользящего типа, изготовленных центром космических полетов имени Маршалла в США (зеркала тестового контрольно-доводочного образца телескопа созданы в России на специально созданной научно-производственной базе РФЯЦ-ВНИИЭФ) . Чувствительность телескопа по сравнению с прошлыми российскими телескопами повысилась в 40 раз. Корпус телескопа изготовлен из углепластика . Высота телескопа составляет 3,5 м , масса 350 кг . Угол зрения равен 30 минутам дуги. Эффективная входная апертура составляет 450 см ² (при энергии 8 кэВ ), угловое разрешение 45 секунд дуги . Телескоп создавался в течение 9 лет .

Каждый из семи комплектов зеркал скользящего падения, собранных по схеме телескопа Вольтера I типа (по 28 пар вложенных зеркальных оболочек в модуле) с фокальной длиной 2,7 метра , фокусирует рентгеновское излучение на находящийся в его фокальной плоскости позиционно-чувствительный детектор, защищённый от света рентгенопрозрачным бериллиевым окном толщиной 100 мкм . Зеркала состоят из сплава никеля и кобальта, их рабочие поверхности покрыты слоем иридия толщиной 10 нм для увеличения коэффициента отражения. Длина каждого модуля составляет 58,0 см , диаметр зеркал от 4,9 до 14,5 см . Все модули расположены параллельно друг другу, то есть просматривают один и тот же участок неба; кроме того, на обсерватории « Спектр-РГ » они установлены параллельно второму телескопу, eROSITA , вдоль главной оси спутника и перпендикулярно направлению на Солнце. Вращение спутника вокруг оси, направленной на Солнце, с периодом около 4 часов позволяет телескопам за полгода, время прохождения половины земной орбиты, полностью отсканировать всю небесную сферу .

Каждый из семи детекторов состоит из высококачественного полупроводникового монокристалла теллурида кадмия размером 30×30×1 мм (рабочая область — круг диаметром 28,56 мм ) и представляет собой двусторонний стриповый (полосковый) детектор — DSSD. Монокристаллы выращены фирмой Acrorad (Япония). На кристалле размещена разработанная в ИКИ РАН система электродов, образующая матрицу диодов Шоттки размером 48×48 пикселей . Электроды состоят из параллельных полос шириной 520 мкм с промежутками в 75 мкм ; полосы на верхней ( анодной ) стороне кристалла перпендикулярны полосам на нижней ( катодной ) стороне. Верхние полосы состоят из слоёв золота и платины, нижние — из слоёв алюминия, титана и золота (перечислены в направлении сверху вниз вдоль оси телескопа). Системы полос на каждой стороне окружены охранным кольцом. Каждый квадратный пиксель имеет размеры стороны 595 мкм , что обеспечивает угловое разрешение 45 секунд дуги. Считывание данных с каждого детектора выполняется парой специализированных микросхем ( ASIC ) VA64TA1, разработанных фирмой Gamma Medica-Ideas (Норвегия); обе микросхемы, детектор, термодатчик и охладитель Пельтье интегрированы в единый модуль. Рабочая температура детектора −30 °C , энергетическое разрешение составляет 10 % при энергии 14 кэВ и обратном смещении −100 В . Ток утечки всего детектора составляет 2...3 нА при +10 °C . Радиационная стойкость управляющих микросхем детектора превышает 200 крад (2 кГр ). Детектор смонтирован в герметичном корпусе из магний-алюминиевого сплава, покрытом слоями меди ( 1 мм ) и олова ( 1 мм ), с вмонтированным бериллиевым окном; до запуска корпуса́ заполнены сухим азотом, после запуска сообщаются с внешним вакуумом. Детекторные блоки распределены по двум блокам электроники (четыре в первом и три во втором), которые также обеспечивают низковольтное и высоковольтное питание детекторных блоков; связь блоков электроники с бортовым компьютером осуществляется через блок последовательного интерфейса. Аналоговое формирование и аналого-цифровое преобразование сигнала занимает около 100 мкс , последующая цифровая обработка данных электроникой детектора требует 840 мкс ; таким образом, мёртвое время детектора после каждого зарегистрированного события в нём составляет 940 мкс . Детектор может работать в трёх триггерных режимах: срабатывание по превышению порога от какой-либо нижней полосы; то же от какой-либо верхней полосы; по совпадению от верхних и нижних полос. Информация о каждом событии в детекторе, передаваемая в кадре телеметрии (шесть 16-битных слов), включает время события, номер нижней полосы с максимальным зарядом, амплитуду сигнала на этой полосе, амплитуды на двух смежных полосах, те же данные для верхних полос. Время события определяется с шагом 21,33 мкс .

Энергетическая калибровка детекторов в полёте выполняется с помощью радиоизотопных гамма-источников америций-241 ( γ -линия 59,5 кэВ ) и ( γ -линия 5,9 кэВ ), смонтированных на рычагах, подводимых к детекторам с помощью шагового двигателя .

Мощность, потребляемая телескопом от бортовой электросети, составляет 300 Вт. Ожидаемый поток данных от всех 7 детекторов телескопа составляет около 150 мегабайт/сутки .

История создания

До ART-XC отечественные рентгеновские телескопы стояли на орбитальных станциях «Салют-4» (1974), «Мир» (модуль «Квант», 1987) и «Гранат» (1989), астрофизических станциях «Астрон» (1983) и «Гамма» (1990).

• Проект рентгеновского телескопа появился еще в 1990-х гг.
• В 2007 году к проекту подключился РФЯЦ-ВНИИЭФ. Специалистами ВНИИЭФ сначала впервые в России были разработаны рентгеновские зеркала скользящего типа, а затем сконструирован и построен телескоп. Всего было создано четыре опытных образца телескопа. Все они прошли ряд испытаний (вибродинамические, тепловакуумные, ресурсные).
• В декабре 2016 года лётный образец телескопа был поставлен в НПО имени С. А. Лавочкина.

Организации, занятые в создании телескопа

• РФЯЦ-ВНИИЭФ — создание тестовой системы зеркал скользящего типа; конструирование и изготовление телескопа .
• Центр космических полетов имени Маршалла — создание зеркальных модулей.
• Институт космических исследований РАН — создание технологии изготовления рентгеновской металлооптики, изготовление блоков питания и полупроводниковых датчиков на теллуриде кадмия (совместно с РФЯЦ-ВНИИЭФ), бортового компьютера и памяти, системы теплового баланса, звёздного сенсора, а также рентгеновская калибровка и настройка детекторов и зеркал.
• НПО «Технология» — изготовление корпуса из углепластика.
• ПАО «Красное Сормово» — создание титановых фланцев.
• НПО «Молния» и РКЦ «Прогресс» — часть испытаний телескопа.

См. также

• eROSITA

Примечания

Ссылки