На основе «КЛПВЭ» и JEM-EUSO создадут новый орбитальный телескоп


Международное совещание, на котором обсудили возможности объединения двух проектов – «КЛПВЭ» и JEM-EUSO. Фото: Олег Баринов

В НИИЯФ МГУ прошло международное совещание, на котором обсудили возможности объединения двух проектов – российского «КЛПВЭ» и международного JEM-EUSO.

«КЛПВЭ» (Космические Лучи Предельно Высоких Энергий) - это орбитальный телескоп-рефлектор, представляющий собой зеркало-концентратор большой площади и матрицу фотоприёмника из фотоэлектронных умножителей. Головной организацией по реализации проекта является НИИЯФ МГУ, научными руководителями - Михаил Панасюк и Борис Хренов.

JEM-EUSO (Japanese Experiment Module — Extreme Universe Space Observatory) – орбитальный широкоугольный оптический телескоп, состоящий из трёх френелевских линз. Головная организация - физический институт Японии RIKEN, научный руководитель - Пьерджорджио Пикоцца (Piergiorgio Picozza) из римского Университета Тор Вергата (Università degli Studi di Roma Tor Vergata) и из Национального института ядерной физики (INFN).

Оба телескопа предназначены для изучения космических лучей предельно высоких энергий внегалактического происхождения. В настоящее время они находятся на стадии эскизного проекта.

«Эти два проекта – «КЛПВЭ» и JEM-EUSO - являются очень сложными с точки зрения технологии и стоимости. Нужно объединить усилия нескольких научных групп, нескольких стран, чтобы достичь успеха. При этом оба эксперимента имеют одинаковые научные задачи, и сейчас нам лучше объединиться и работать вместе. Также важно, что многие из нас, и я лично, имеют хороший опыт работы с российскими учёными: они работают очень хорошо, мы смогли успешно реализовать несколько космических экспериментов и хотим это продолжить. Важно отметить, что этот эксперимент уже поддержан российским космическим агентством Роскосмос, и это очень хорошо для начала совместной работы над проектом», - рассказал в интервью сайту НИИЯФ МГУ руководитель международного проекта JEM-EUSO, профессор Пьерджорджио Пикоцца.

Японское агентство аэрокосмических исследований - JAXA (которое взяло в своё время инициативу реализовать проект JEM-EUSO, когда от него отказалось Европейское космическое агентство - ESA) - поддерживает совместное сотрудничество с Россией. Представитель RIKEN Тоши Эбисузаки (Toshi Ebisuzaki) объяснил: «JEM-EUSO – очень дорогой проект, и средств на его осуществление не хватило, поэтому JAXA пришлось прекратить его финансирование. Но существует проект «КЛПВЭ», наши российские коллеги из МГУ предложили с ними объединиться. Россия берёт на себя основной объём работ и в большей степени финансирует проект. Мы же будем участвовать в создании отдельных частей аппаратуры, чтобы улучшить характеристики, качество прибора».

Далее он рассказал о планируемых работах Японии: «Во-первых, мы изготовим корректирующие линзы, поскольку «КЛПВЭ» - это изначально только зеркальный телескоп, и поле зрения такого прибора достаточно мало. С корректирующей линзой, например, как с нашими очками, можно значительно улучшить работу оптической системы, увеличить поле зрения – площадь обзора в атмосфере. Второй момент связан с тем, что линза сделает изображение более чётким, то есть размер пятнышка на фокальной плоскости будет гораздо меньше. Поэтому мы можем использовать пиксели фотоприёмника меньшего размера. Это как в фотоаппарате: чем меньше пиксель, тем лучше качество изображения. В Японии производят фотоэлектронные умножители с малым размером фотокатода, и мы можем их применить. И, наконец, третье – для регистрации космических лучей необходимо хорошо знать, как устроена атмосфера во время наблюдения. Поэтому Япония планирует принять участие в создании лидара - системы мониторинга атмосферы, точнее, одной её части. Лидар – это прибор, который испускает лазерный луч в атмосферу и измеряет рассеянный и отражённый сигнал и время задержки. Важно знать: есть ли облака в поле зрения прибора или нет, поскольку в их присутствии, ну, как сегодня, регистрация космических лучей невозможна, или, по крайней мере, нам нужно знать их высоту с помощью лидара».

Будучи членом Исполнительного совета проекта JEM-EUSO, директор НИИЯФ МГУ, профессор Михаил Панасюк предложил своим зарубежным коллегам объединить JEM-EUSO со своим проектом «КЛПВЭ», который в настоящее время включён в долгосрочную программу научно-прикладных экспериментов на Международной космической станции (МКС) и прошёл предварительную стадию проработки – так называемый аванпроект.

«Проект «КЛПВЭ» является продолжением работ НИИЯФ МГУ на спутниках «Университетский-Татьяна», «Университетский-Татьяна-2» и «Ломоносов» по регистрации быстрых явлений в ультрафиолетовом диапазоне в атмосфере Земли. Но если детекторы на спутниках типа «Татьяна» предназначались для исследования мощных высокоатмосферных разрядов, то детектор «ТУС» на спутнике «Ломоносов» и «КЛПВЭ» на МКС будут исследовать космические лучи предельно высоких энергий. Сейчас в НИИЯФ МГУ осуществляется моделирование и выбор параметров оптических систем и фотоприёмника, разработка электроники детектора и отдельных механических конструкций. Думаю, что используя опыт, полученный при разработке детектора «ТУС» для спутника «Ломоносов», и опыт участия в коллаборации JEM-EUSO, мы должны хорошо справиться. Также важная роль в проекте принадлежит РКК «Энергия», поскольку они осуществляют интеграцию прибора на МКС, и многие параметры и ограничения зависят от них», - сказал ответственный за проект «КЛПВЭ», старший научный сотрудник НИИЯФ МГУ Павел Климов.

Профессор Пьерджорджио Пикоцца сообщил: «Мы имеем очень чёткий план по реализации этого проекта на ближайшее время. Мы уже начали подписывать некоторые важные совместные документы и утвердили Международную рабочую группу, состоящую из членов обоих экспериментов - JEM-EUSO и «КЛПВЭ». Эта группа уже начала работать, и мы надеемся, что через несколько месяцев сможем сделать выбор в пользу одного их рассматриваемых вариантов реализации эксперимента».

По словам Павла Климова, рассматриваются четыре варианта усовершенствования возможного международного прибора на основе «КЛПВЭ» и JEM-EUSO.

Первый – основной вариант, который требует наименьших изменений в первоначальном проекте, – разместить между зеркалом и фотоприёмником корректирующую линзу, она позволит сделать размер изображения в несколько раз меньше. Это, в свою очередь, позволит использовать для регистрации пиксели гораздо меньших размеров. Сейчас в «КЛПВЭ» размер ячейки фотоприёмника 15 на 15 мм, а в многоанодных фотоэлектронных умножителях проекта JEM-EUSO, на которые можно будет перейти, – 3 на 3 мм. Таким образом значительно повышается разрешающая способность прибора и качество регистрируемых событий. Поле зрения нового прибора станет ± 14 градусов, вместо ± 7 у «КЛПВЭ».

Второй из рассматриваемых вариантов – разделить прибор на три отдельных телескопа с зеркалом уже меньшего размера - по 4 кв. метра, и повернуть их так, чтобы они смотрели в разные области атмосферы. Тогда в каждом телескопе будет достигнута хорошая фокусировка сигнала, и площадь обзора прибора в целом становится существенно больше. В подобной конфигурации появляются преимущества: можно, вращая отдельные телескопы, по-разному располагать их поля зрения, меняя при этом экспозицию и порог телескопа. Есть и минусы: доставка на МКС громоздкой конструкции и развёртывания её там – сложная и дорогая задача.

Такие же недостатки имеют и следующие два варианта – создание аналога JEM-EUSO, основанного только на линзовой оптике, или аналога зеркального телескопа Шмидта. Но подобные приборы могут дать лучший научный результат, так как поле зрения будет до 20 – 30 градусов.

«Существенным отличием проектов является тип оптической системы: у «КЛПВЭ» – зеркало, у JEM-EUSO – линзы. Мы планируем использовать линзы JEM-EUSO, уменьшенный вариант, для корректировки изображения в детекторе «КЛПВЭ». Таким образом зеркало обеспечивает большую светосилу прибора, а линза – более качественное изображение. Также предполагается использование во всём или в части фотоприёмника фотоэлектронных умножителей и электронику от JEM-EUSO и системы контроля атмосферы - инфракрасной камеры и лидар», - резюмировал Павел Климов.

О более дальних планах, таких как сроки запуска, сотрудник НИИЯФ МГУ пока ничего определённого сказать не может, так как на детальную проработку и изготовление нового международного проекта потребуется значительное время. Он с оптимизмом заключил: «Важно, что срок службы МКС сейчас продлен до 2024 года, а для набора достаточного объёма данных нужно проработать на орбите не менее пяти лет, желательно даже больше. Поэтому, я думаю, что нам стоит поторопиться и попасть на борт как можно раньше, но, конечно, с хорошим прибором!»


Похожие материалы: