Az asztrofizika jövője az Oka folyón túl, Moszkva és Tula régió határán, Puskinóban születik. A puskinói Obszervatórium nem a világűr szenzációs felfedezéseiről híres, de mint technológiai és tesztelési létesítmény több mint fél évszázada jelentős mértékben hozzájárul a mély űr tanulmányozásához. Ma a legfejlettebb orosz űrteleszkópot építik és tesztelik ott.

A szovjet korszakban Puskino elsajátította az a technológiát, amely később lehetővé tette a "fekete lyuk árnyékának" meglátását. Ez a technológia több, egymástól nagy távolságban elhelyezett távcsövet használ, amelyek adatait úgy összegzik, mintha egyetlen óriástávcsővel végezték volna a megfigyeléseket. Az 1990-es években itt épült a KRT-10 rádióteleszkóp, amely a RadioAstron rádiócsillagászati program alapja lett. Ma már nemcsak a gyors rádiós kitöréseket figyelik a "festői" rádióteleszkópokkal, hanem egy új űrteleszkópot is létrehoznak a milliméteres tartományban - a Millimetront.Néhány évvel ezelőtt a tudósok a Spektr-űrteleszkópnak örültek, most a Spektr-RG röntgenteleszkóp hajt végre új felfedezéseket, készül a Spektr-UV és a Spektr-M. És a  Millimetron, fejezi be a sorozatot.

Betekinthetünk az obszervatóriumba, ahol a Millimetron legösszetettebb elemének - a távcső tízméteres szénszálas főtükrének - fejlesztése és tesztelése folyik

Mi a távcső legfontosabb része?

A távcsövek legfontosabb része a főtükör. Lehetővé teszi az elektromágneses sugárzás összegyűjtését és fókuszálását a vevő detektorokra. Minél több sugárzást képes egy tükör összegyűjteni és fókuszálni, annál élesebb a távcső, vagy tudományos kifejezéssel élve, annál nagyobb a szögfelbontása. Ezért a távcső főtükrének két kulcsfontosságú mutatója van, amelytől a jellemzői függnek - az átmérő és a felület minősége.

Az átmérővel kapcsolatos összefüggés nagyon egyszerű - minél nagyobb, annál jobb, de a távcső felbontása közvetlenül függ az elektromágneses hullám hosszától is, amelyen a megfigyeléseket végzik. Azonos tükörátmérő esetén minél rövidebbek a megfigyelt hullámok, annál nagyobb lesz a távcső "élessége". Ugyanez az összefüggés érvényes a felület minőségére is - minél rövidebb a hullámhossz, annál magasabb a tükör simaságára vonatkozó követelmény. Nyilvánvaló, hogy ha rövid hullámhosszú sugárzást akarunk megfigyelni, akkor jó minőségű tükörfelületet kell elérnünk.

A tükör szabálytalanságainak, vagy ahogy a tudósok mondják "standard eltéréseknek" 14-szer rövidebbnek kell lenniük, mint az a hullámhossz, amelyre a távcsövet létrehozták. A távcsöveknek például nincs is szükségük a szokásos "tányérra" a méteres tartományban való megfigyeléshez, elég, ha egy fémhálót feszítünk egy lemezkeretre.

A centiméteres sávú távcsövek esetében elegendő a milliméteren belüli "simaság". A hagyományos parabolaantennákat ezért a felületi egyenetlenségek miatt nem tekintjük tükörnek, bár a hatótávolságukban tökéletesen tükröznek.

A milliméteres távcsöveknek már mikrométeres minőségű felülettel kell rendelkezniük.

Hogyan készítsünk űrteleszkópot?

A földi távcsövekkel a tudósoknak könnyebb dolguk van - gigantikus méretűek lehetnek, masszív keretekre telepíthetők, a telepítés után tükörkorrekciót végezhetnek. Az űrben azonban ezt sokkal nehezebb megismételni. A rakéták hasznos teherbírása korlátozott, csakúgy, mint az űrtávcső számára rendelkezésre álló "burkolat alatti tér".

A "RadioAstron"  összecsukható antennával rendelkezett, amelynek egyenetlenségei nem haladhatták meg a 2 mm-t. De még ez is csak az antenna területének körülbelül felén volt lehetséges a legrövidebb hullámhosszon.

Pontosan e bonyolultság miatt fantasztikus a NASA leendő James Webb űrteleszkópjának összecsukható tükre,  mert ez a legrövidebb hullámhosszú, 600 nanométer tartományra tervezik, így a tükör hibája nem haladhatja meg a 42 nanométert. A nanométer, hadd emlékeztessem önöket, a milliméter milliomod része.

 A milliméteres tartomány a rádióhullámok és az infravörös tartomány között helyezkedik el, így a Millimetron elkészítésének nehézsége valahol a RadioAstron és a James Webb között van. A milliméteres tükör esetében legfeljebb 5 mikron (egy mikrométer, a milliméter ezredrésze) eltérés megengedett. Az orosz űrhajózás számára ez olyan ambiciózus és kihívást jelentő kihívás, mint a NASA számára egy infravörös távcső-átalakító létrehozása.

A megfigyelés minőségének javítása, a zaj csökkentése és a leggyengébb sugárzás felfogására való képességének bővítése érdekében a Millimetron tükreit a tervek szerint ultra alacsony hőmérsékletre hűtik. A tudósok ezen kritériuma pedig új fejfájást okoz a mérnököknek. Minden anyagnak megvan a hőtágulás tulajdonsága - ha felmelegítjük, a térfogat növekszik, ha pedig lehűtjük, csökken. Ezért nem elég egy tökéletes összecsukható tükröt létrehozni, azt az űrbe kilőni és a megfelelő pozícióban kinyitni. Meg kell őrizni az alakját akkor is, ha - 250 Celsius-fok alá hűtik.

Az amerikaiak berilliumot használtak a James Webb főtükréhez - ennek a fémnek rendkívül alacsony a hőtágulási együtthatója, azaz szobahőmérsékletről szinte abszolút nulla fokig gyakorlatilag nem változik a térfogata. A fémtükör azonban nehéz, még a viszonylag könnyű berilliumból is, így ez a fém alkalmas a 6,5 méteres James Webb-tükörhöz, de nem alkalmas a 10 méteres Millimetronhoz. Ezért az orosz mérnökök úgy döntöttek, hogy egy másik anyagot - egy szén kompozit anyagot - használnak. És ez egy új kihívás jelent, mert a kompozitok még mindig sokkal kevésbé "ismertek", mint a fémek.

Kompozit tükör

A Millimetron kompozit tükörének a megalkotása azzal a kutatással kezdődött, hogy milyen alapvető lehetőség van arra, hogy ezt az anyagot az adott feladatokra használják. Ki kellett választani a megfelelő anyagot, el kellett sajátítani a technológiát, el kellett készíteni az első mintákat és ultra alacsony hőmérsékleten tesztelni őket.

Kezdetben a kompozit alapanyagokat Japánban vásárolták, de mostanra az Űr- és Repülőgépipari Anyagok Kutatóintézete oroszországi gyártást indított. A tükör belső keretének elemei és a felülete szénszálból készültek. A tükör fényvisszaverő tulajdonságainak biztosítása érdekében a kompozit anyag tetejére alumínium bevonatot visznek fel.

A Millimetron 96 tükörszegmensből fog állni, amelyek közül 72 a pályára állítás után kerül kihelyezésre.

Главное зеркал:   Elsődleges tükör                        

Центральная часть: Központi rész

Криоэкран
(активно охлаждаемы;) :Krioképernyő/felület (aktívan hűtött;)

Вторичное Зеркало: Másodlagos Tükör

Криоконтейнер : Kriokonténer

приборный отсек : műszeregység

Служебный модул> : Szolgáltatási modul
 « Навигатор-М»            "Navigátor-M

Солнечные батареи : Solar panel

раскрываемый радиатор :közzétett hűtőtest

Теплозащитные экраны: hővédő felület

A Millimetron kompozit tükörelemei szilikonformákon készülnek, hogy tökéletesen sima felületet kapjanak. Ezeket a Lytkarinski optikai üveggyárban gyártják.

Összesen négy ilyen formának kell lennie, egy-egy a tükörszegmensek minden sorához. A szilikonformák felületi pontossága 1 mikron. A kompozit űrteleszkóp szegmensek pontossága, amelyeket most ezeken a formákon gyártanak, körülbelül 4 mikron. azaz a szükséges pontosságot elérték.

A tükörszegmensek gyártási minőségét kalibráló eszközök segítségével ellenőrzik.

A kriogén vizsgálatokat egy külön laboratóriumban végzik, szintén Puskinóban.
Egy Drakula hálószobájára vagy egy csillagközi repülőkapszulára emlékeztető fürdő a próbapad.

A vizsgálandó tükörszegmenst a fürdőbe helyezik, érzékelőket szerelnek fel, és folyékony nitrogént öntenek bele. Ezután megmérik, hogy a hideg hatására mennyit változott a szegmens alakja.

A folyékony nitrogén hőmérséklete körülbelül -196 °C, míg a pályán a tükör felületének -269 °C-ra kell lehűlnie, ami mindössze 4 fokkal marad el az abszolút nulla foktól. Ez a hűtés csak akkor lehetséges, ha a teleszkóp teljesen le van árnyékolva a naptól(lesz egy aktív folyékony héliumos rendszer is). Ugyanakkor a "Millimetron" a tervek szerint a Föld-Nap rendszer L2 Lagrange-pontjában indul, és így a legközelebbi természetes árnyék 1 millió km-re lesz a távcsőtől. Tehát magával kell vinnie az "árnyékát" - egy hőszigetelő pajzsot a tükör fölé telepítve. Ezzel az orosz projekt ismét az amerikai James Webb projekthez közelít, bár technológiailag másképp valósítják meg a hőszigetelő pajzsot.

(A Lagrange-pont (librációs pont, illetve L1, L2, L3, L4, L5 pontok) a csillagászatban a tér azon öt pontja, amelyben egy kis test két, egymás körül keringő nagyobb test együttes gravitációs vonzásának hatására azokhoz képest közelítőleg nyugalomban maradhat. Az ebben a pontban elhelyezett test helyzete fix marad a másik kettőhöz képest, ebből a szempontból hasonló a geostacionárius pályához.)

Az amerikai James Webb teleszkóp egy lapos, gyémánt alakú, többrétegű pajzzsal rendelkezik. Az orosz teleszkóp egyesíti az antenna és a hőszigetelő mechanizmusokat, és a többrétegű pajzs követi a tükör kontúrjait.

A tükrök kihelyezésének és hőszigetelésének rendszerén Krasznojarszkban, az ISS Reshetnev dolgozik. A pajzsnyitó mechanizmus, a kriogén rendszer és a teleszkóp előzetes tesztjei már több évvel ezelőtt megtörténtek.

Az űrobszervatórium fontos elemei a vevő detektorok.

A "RadioAstron" csak "pontonként" tudott nézni, és nem készített képeket. Ez az egyik oka annak, hogy ez a siker megmaradt  a szakemberek területén. A grafikonok és a mérések nem olyan egyértelműek és látványosak, mint például a Hubble látványos képei. A Millimetron viszont többfunkciós lesz. VLBI üzemmódban, a földi állomásokkal azonos komplexumban dolgozva, egyetlen pontot fog vizsgálni, . De az önálló megfigyelések során a teleszkóp képes lesz teljes mátrixot használni, és képei összehasonlíthatók lesznek a Herschel űrtávcső infravörös képeivel.

A Space-VLBI üzemmód jelentősége abban rejlik, hogy képes megfigyelni a szuper masszív fekete lyukak eseményhorizontjához közeli anyagot. Ez lehetővé teszi az általános relativitáselmélet (GR) ellenőrzését rendkívül erős gravitációs térben, valamint az aktív galaktikus magokban (AGN) zajló folyamatok tanulmányozását. Ez utóbbi lehetővé teszi a modern részecskegyorsítók számára elérhetetlen körülmények között zajló fizikai folyamatok megfigyelését

Olaszország és Dél-Korea készen áll a detektorok szállítására; Spanyolország, Franciaország és Kína szintén érdeklődik a közös részvétel iránt, de még gondolkodnak, és nem tettek konkrét lépéseket.

A platformot a Moszkva melletti Himkiben, a S.A. Lavochkin Kutató és Termelő vállalatnál fogják elkészíteni. Várhatóan a platform a jól bevált Navigator lesz. Három Electro-L meteorológiai műhold, két távcső, a RadioAstron és a Spektr-RG, valamint egy nagy szélességű Arktika már ezen a platformon alapul.

 A Navigator eleinte "nyers" volt, az első Electro-L mindössze két és fél évig működött stabilan. Ugyanez a platform viszont már hét és fél évig működött a RadioAstron programban. A többi, a feltárt hiányosságok alapján korszerűsített eszköz pedig még mindig üzemel.

Beszélnünk kell a Millimetron tudományos céljairól is. Az űrteleszkóppal szemben támasztott műszaki követelményeket pontosan azok a tudományos célok határozzák meg, amelyeket a csillagászok el kívánnak érni.

 
- A reliktum sugárzás megfigyelése és a spektrális torzulások vizsgálatának kísérlete. Ezáltal bepillantást nyerhetünk az Univerzum legkorábbi történetébe, amely a modern távcsövek számára elérhetetlen.

- A szuper masszív fekete lyukak felszínéhez rendkívül közel lévő tér tulajdonságainak vizsgálata. A Millimetron űrobszervatórium az űr-föld interferométer részeként lehetővé teszi a rendkívül kis szögméretű távoli objektumok vizsgálatához szükséges nagy szögfelbontás elérését. A becsült szögfelbontás elérheti a 3,7 - 10-8 ívmásodpercet. Ez ezerszer nagyobb, mint az Event Horizon földi rádiósteleszkóp hálózat képességei, amely 2019 áprilisában mutatta be a világ tudományos közösségének az M87 galaxisban lévő fekete lyuk árnyékának első képét. Ez a szögfelbontás egyenértékű a Holdon található emberi hajszálnak a Föld felszínéről történő megfigyelésével.

A NASA vizualizációja egy fekete lyukat mutat. Credits: NASA Goddard Űrrepülési Központ/Jeremy Schnittman

- Exobolygórendszerek tanulmányozása ezen bolygók kialakulásának korai szakaszában. A szomszédos bolygórendszerek vizsgálata segít megérteni számunkra, hogy hogyan alakult ki általában a Naprendszer, és különösen a Föld.

Féreglyuk vizualizáció

- A fenti problémák megoldásának részeként a Millimetron képes lesz a (szinte fantasztikusnak tűnő) "féreglyukak" és a földönkívüli civilizációk "Dyson-szférákhoz" hasonló struktúráinak keresésére. Nem kell külön megfigyelési időt erre felhasználni, a távcső képes lesz észrevenni őket.

A Millimetron hivatalos indulási dátuma 2029-re van kitűzve. A kompozit tükörszegmensek tesztelése még nem fejeződött be. Az Angara-A5B rakéta hidrogénfokozata még nem épült meg, és a Vosztocsnijban lévő indítóállás sincs készen. De a távcső létrehozásának egyik legnehezebb szakaszát - a tükörgyártás technológiájának elsajátítása már elkezdődött, és ennek már kimutatható eredményei vannak. A szilikát alapanyagok már  rendelkezésre állnak, és amint a technológia készen áll, mind a 96 szegmens gyártása megkezdődhet.

 Tehát nekünk türelmesnek , a Millimetron készítőinek pedig szorgalmasnak kell lenniük a gyártás során, hogy amikor a távcső elindul, gyönyörű képekben és felfedezésekben gyönyörködhessünk az univerzum eddig feltérképezetlen részeiről.

 Forrás:RUVDS,Wikipedia,NASA