работа (стр. 1 из 2)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Харьковский Национальный Университет

им. В.Н. КАРАЗИНА

Кафедра Астрономии

Курсовая работа

Факультет: Физический

Группа: ФА - 21

Студент: Кажанов В.В.

Харьков – 2004

Введение

Для решения большого количества проблем необходимо иметь каталог по крайней мере 100 000 звёзд в оптическом диапазоне волн. В течение 20 лет Европейским космическим агентством велись подготовительные работы по созданию такого каталога на основе космических наблюдений. 8 августа 1989 года был запущен в околоземное пространство специальный спутник для измерения расстояний до звёзд, их координат и других характеристик. Проект, готовившийся два десятка лет и реализованный в 1989-1993 гг., получил название "HIPPARCOS". Эта аббревиатура, расшифровывающаяся как High Precision Parallax and Coordinate Satellite ("Спутник для высокоточного определения параллаксов и координат"), созвучна имени древнегреческого астронома Гиппарха, составившего первый в истории астрономии список 850 ярких звезд на небе, разделив звезды по яркости на шесть величин; ввеёл понятия географических широт и долгот, разработал способ предсказания солнечных и лунных затмений. [5]

Из-за сбоя двигателя во время старта миссия фактически началась в ноябре 1989 г. на очень эллиптической орбите, вместо номинальной геостационарной. Сбор данных продолжался 37 месяцев, потом начались поломки гироскопов, а в июне 1993 отказал бортовой компьютер. Связь со спутником была полностью прекращена 15 августа 1995 года по решению центра управления в Дармштадте.

Результатом проекта "HIPPARCOS" стал каталог "HIP" с координатами и другими характеристиками 118 218 звезд, среди которых почти все звёзды, которые ярче 9-й звёздной величины, а самые слабые имеют звёздную величину 12,4. Средняя погрешность для координат звёзд каталога составляет около 0.001 угловой секунды – это аналогично измерению толщины человеческого волоса на расстоянии 10 километров. Почти на два порядка величины лучше, чем дают самые хорошие наземные каталоги фундаментальных положений. Кроме того, впервые точно определены расстояния до более чем 100 тыс. звезд. Спутником "HIPPARCOS" открыты 2910 звезд с криволинейным перемещением по небу (т.е. звезд с невидимыми спутниками). Были измерены звёздные величины и цвета свыше миллиона звёзд. Открыто несколько тысяч двойных звёзд. Число известных переменных звёзд более чем удвоилось. К сожалению, спутник не мог определять лучевые скорости, т.к. из-за неудачного старта отклонился от запланированной геостационарной орбиты.

Столь сложный и дорогостоящий проект имеет много преимуществ перед земными наблюдениями. Наблюдения с Земли происходят сквозь атмосферу, которая никогда не бывает спокойной. Даже если построить очень точные телескопы для измерения движений звёзд, то неспокойствие атмосферы сведёт на нет все наши старания. Наблюдения на спутнике имеют и другие преимущества. Он находится в состоянии невесомости, так что объектив телескопа и другие его детали не изменяют своей формы под действием силы тяжести. Спутник движется вокруг Земли и может наблюдать звёзды как северного, так и южного полушария неба. Наконец, наблюдения на спутнике не прерываются днём или в облачную погоду, как на Земле.

Конструкция ИСЗ HIPPARCOS

Чтобы достичь целей высокоточной глобальной астрометрии, т.е. определения астрометрических параметров звезд по всей небесной сфере с одинаковой точностью, принцип измерения должен позволять определять большие углы (порядка радиана) с точностью около 0,001’’. С этой целью телескоп, установленный на ИСЗ HIPPARCOS совмещал в фокальной плоскости два поля зрения, разделённые на небесной сфере углом в 58°. Размеры рабочей области части фокальной плоскости менее одного квадратного градуса.

Регистрация наблюдений осуществлялась с помощью одномерной решётки с щелями, установленной так, что щели располагаются перпендикулярно направлению сканирования. Для устранения в стадии обработки наблюдений ошибок наложения результатов соседних сканирований друг друга необходимо знать положения осей спутника с точностью в 0,1’’. А для этого в стадии выполнения наблюдений ориентировка спутника должна бить известна с точностью в 1’’. С этой целью в фокальную плоскость телескопа были введены две дополнительные системы «картирования звезд» (star mapping system), состоящие из нескольких щелей специальной геометрии. Необходимая точность ориентировки ИСЗ получалась из данных о моментах прохождения звёзд с хорошо известными координатами и данных от гироскопов. [2]

Конструкция телескопа была отобрана из сравнительного анализа шести оптических систем: Refractive Schmidt, All-reflective Schmidt, Schmidt-Cassegrain, All-reflective Schmidt-Cassegrain, Baker 3 mirror, Corrected Ritchey-Chretien. Отбор вёлся по следующим критериям: малое центральное затемнение (т.е. препятствия на пути лучей), минимум асимметричных аберраций, малочувствительность к остаточной нецентрированности, достаточная невосприимчивость к рассеянному свету, степень кривизны фокальной поверхности, трудоемкость изготовления отражающих поверхностей, возможность применения в космической технике. В результате, не сразу, окончательно была выбрана система All-reflective Schmidt.

Одной из трудных проблем стало изготовление составного зеркала, выполняющего две функции. Во-первых, оно совмещает два поля зрения в одно изображение и поэтому состоит из двух половинок, наложённых одна относительно другой на 29°. Во-вторых, оно выполняет роль коррекционной пластинки в традиционной схеме телескопа Шмидта, т.е. отражающей поверхности должна была быть придана специальная асферическая форма для корректировки эффектов сферической аберрации.

В состав оптической схемы инструмента входят также набор решёток, размещённых в фокальной плоскости, передающая оптика основного приёмника излучения и передающая оптика системы картирования. Фокальная поверхность оптической системы телескопа имеет кривизну и, следовательно, поверхность основной решётки и решётки системы картирования также должны быть соответствующим образом искривлены. Эти решётки нанесены на кварцевое основание, которое имеет кривизну, равную кривизне поля телескопа. В состав системы решёток входят также линзы поля и две призмы, отклоняющие лучи в системе картирования в соответствующие приёмники. Система решёток вместе с соответствующей передающей оптикой может перемещаться вдоль оптической оси телескопа для устранения дефокусировки, которая может возникнуть в процессе эксплуатации. В следующей таблице приведены некоторые параметры инструмента.

Основной угол	58°
Поле зрения	54Х54°
Диаметр первичного зеркала	290 мм
Фокусное расстояние	1400 мм
Период основной решётки	1,208’’
Ширина щели основной решётки	0,471’’
Число оборотов в сутки	11,25
Высота щели системы картирования	40’
Ширина щели системы картирования	0,90’’

В качестве приёмника излучения использовался диссектор – устройство, позволяющее использовать для приёма сигнала в каждый конкретный момент лишь часть поверхности фотокатода. Заданная принимающая область определяется магнитным полем в трубке диссектора, формируемым внешними магнитными катушками подобно системе используемой в телевизионной трубке. Таким образом, можно ограничить размер принимающей области кружком в 30’’ в диаметре, что позволяет резко ограничить приём излучения одновременно от двух или более звёзд, добиться значительного ослабления фона неба. Диссектор позволяет также сделать измерения звёзд в поле зрения квази-одновременными путём частого переключения с одной звезды на другую при их одновременном прохождении по решётке. Передача изображения на фотокатод диссектора осуществляется с помощью передающей оптики, включающей в себя и вращающееся зеркало, позволяющее направлять изображение и на запасной диссектор.

В процессе разработки и осуществления проекта неоднократно поднимался вопрос о конструкции приемника. От предложения использовать в качестве приемника ПЗС-матрицы отказались, т.к. на момент проектировки и сборки ИСЗ отсутствовал достаточный опыт использования ПЗС в космической технике, также его высокая стоимость, и резкое увеличение количества передаваемой на Землю информации.

Ориентировка спутника вычислялась по данным гироскопов и системы картирования. Гироскопы давали главным образом короткопериодические вариации ориентировки, а система картирования позволяла корректировать дрейф гироскопов, т.е. выявляла долгопериодические составляющие в изменении положения ИСЗ.

Поддержание стабильного вращения ИСЗ вокруг двух осей (сканирование с периодом 2 ч 08 мин и прецессионное движение с периодом 57 суток) осуществлялось шестью устройствами, содержащими под давлением холодный газ.

В проекте была предусмотрена термическая защита и активный термический контроль составляющих оптической системы. Особо важные элементы, как, например, составное зеркало и другие зеркала телескопа контролировались бортовой ЭВМ с помощью термодатчиков. Составное зеркало было изготовлено из материала с «нулевым» коэффициентом теплового расширения и по техническим данным постоянство задаваемого им угла выдерживалось с точностью до 0,001’’ в сутки.

Основные этапы функционирования ИСЗ кратко можно сформулировать следующим образом.

1. Обработка данных от системы картирования и гироскопов для определения ориентировки ИСЗ.

2. Проведение корректировки положения спутника.

3. Вычисление положений звёзд на основной решётке с использованием входного позиционного каталога и списка координат звезд, хранящихся в ЭВМ.