Научная аппаратура

Наземно-космические РСДБ приёмники

Спектрометр Высокого Разрешения

Длинноволновый Матричный Спектрометр

Коротковолновый Матричный Спектрометр

Наземно-космические РСДБ приёмники обсерватории «Миллиметрон» будут использоваться для интерферометрических наблюдений со сверхдлинными базами между обсерваторией «Миллиметрон» и наземными станциями, такими как ALMA, NOEMA, сетью EHT, сетью КВН и другими. Наблюдения будут производиться, как из точки Лагранжа L2, так и с эллиптической околоземной орбиты (см. раздел орбиты). Для эффективной работы приборы РСДБ будут разделены на частотные полосы, соответствующие частотам ALMA и других наземных станций. Для возможности многочастотных операций все полосы РСДБ будут квазиоптически объединены с помощью набора дихроичных фильтров и будут принимать сигнал с одного и того же направления на небе. Будет возможна одновременная работа нескольких или всех приемников. Приемники в диапазоне 1, 2 будут основаны на технологии криогенного усилителя HEMT, в то время как диапазон 3-4 будет использовать технологию сверхпроводящего изолятора superconductor. Максимальная оцифрованная полоса пропускания ИК-диапазона составляет 4 ГГц для работы на одной частоте, которая может быть выбрана в любом месте диапазона ИК. Основные параметры полос приемника КРСДБ приведены в таблице ниже:

Band 

Frequency
(GHz)

 IF band (GHz)

 Instantaneous
bandwidth
(GHz)

 Polarization

 Tnoise  (K)
SSB

 Comments 

1

33 − 50

ALMA Band 1

4-12

(НЕМТ)

4 (max)

Circular

< 17

Post cryo capable

2*

84 − 116

ALMA Band 3

4-12

(НЕМТ)

4 (max)

Circular

< 37

Post cryo capable

3*

211 − 275

ALMA Band 6

4-12

(SIS)

4 (max)

Circular

< 45

Dedicated SIS receiver

4*

275 - 373

ALMA Band 7

4-12

(SIS)

4 (max)

Circular

< 60

Dedicated SIS receiver

5

490-650

HIFI band 1

4-12

(SIS)

4 (max)

Circular

< 120

Dedicated SIS receiver

 

* Полосы приемника красного цвета являются наиболее приоритетными полосами приемника. Реализация других диапазонов зависит от научных приоритетов, обсуждаемых в рамках рабочей группы Space-VLBI science.

Приемник будет использовать следующую структурную схему, показанную для трех полос высокого приоритета:

Научная аппаратура

Временная синхронизация для системы основана на активном бортовом водородном стандарте частоты, который используется для синхронизации всех локальных генераторов и АЦП тактовых импульсов приемников РСДБ. Оцифрованный сигнал будет отформатирован и записан в бортовую память. Когда наблюдения будут закончены, данные будут отправлены на Землю с помощью высокоскоростной бортовой линии передачи данных.

Спектрометр Высокого Разрешения

пектрометр Высокого Разрешения представляет собой прибор, состоящий из семи поддиапазонов, каждый из которых представляет собой отдельный гетеродинный приемник. Спектрометр является логическим продолжением приёмника HIFI (http://www.cosmos.esa.int/web/herschel/science-instruments), установленного и успешно отработавшего в составе космической обсерватории Гершель. Фактически спектрометр высокого разрешения в составе обсерватории "Миллиметрон" является модернизированной версией приемника HIFI, что позволит использовать опыт создания и работы с предшественником.

HIFI-FPU (Блок фокальный) (http://www.astro.phys.ethz.ch/astro1/herschel/gallery10.html)

Также по сравнению с HIFI у СВР будет значительно увеличен частотный диапазон от 600 ГГц до 5 ТГц, а в качестве чувствительных элементов приемника будут использованы уже матрицы смесителей (до 7 штук). Седьмой диапазон - «Post-cryo», который фактически дублирует по частоте первый, будет построен на основе смесителей на диодах с барьером Шоттки, что позволит проводить астрономические сеансы наблюдения с его участием после перехода телескопа в "теплую фазу". Спектральное разрешение приемника (λ/∆λ) во всех частотных диапазонах составит значение порядка 106 и лучше.

Диапазон

Частота, ГГц/ТГц

Технология

Поляризация

Матрица

1a

1b

557 – 752

SIS

H

V

3

2a

2b

752 – 950

SIS

H

V

3

3a

3b

0.95 – 1.15

1.15 – 1.40

SIS

HEB

Single

7

4a

4b

1.40 – 1.80

1.80 – 2.10

HEB

Single

7

4a

4b

1.40 – 1.80

1.80 – 2.10

HEB

Single

7

5

2.45 – 3.00

HEB

Single

7

6

4.76 – 5.36

HEB

Single

7

Post-cryo

500 - 700

Schottky with Tnoise800 k

Single

Основные характеристики спектрометра высокого разрешения.

Предварительная конструкция СВР для обсерватории "Миллиметрон" с трассировкой лучей (3D-модель), предложенная Институтом Космических Исследований Нидерландов (SRON) для обсерватории "Миллиметрон".

Длинноволновый Матричный Спектрометр

Основной задачей длинноволнового матричного спектрометра, является получение изображений, спектральной и поляризационной информации от космических источников слабой интенсивности. Похожим инструментом является приемник SPIRE (http://www.cosmos.esa.int/web/herschel/science-instruments), установленный и успешно эксплуатировавшийся в составе космической обсерватории Гершель. Одновременно с этим приемник будет оптимизирован для точных измерений эффекта Сюняева-Зельдовича. Весь диапазон рабочих частот спектрометра от 100ГГц до 1ТГц разбит на 4 поддиапазона.

Диапазон

Частота, ГГц

Угловое разрешение, угл. сек.

Кол-во пикселей

Спектральное разрешение

Требуемая чувствительность детекторов (МЭШ), Вт/√Гц

1

100 – 200

42

~6

~100

≤10-17

2

200 – 350

22

~9

~200

≤10-17

3

350 – 700

12

~25

~400

≤10-17

4

700 – 1000

7.5

~36

~700

≤10-18

Основные характеристики длинноволнового матричного спектрометра

Разработку и создание ДМС, заключив официальное соглашение с Российским космическим агентством, взяло на себя Итальянское космическое агентство вместе с группой ученых из университета города Рима, возглавляемая профессором Паоло де Бернардисом и Сильвией Маси. Данная группа уже сегодня пытается испытать аналогичный по конструкции и принципу приемник, в составе баллонного эксперимента OLIMPO, который, к сожалению, не удалось запустить в 2014 году из-за погодных условий.

Конструкция приемника на борту баллонного телескопа OLIMPO

Рим 25.04.2014 (калибровка по небесному источнику перед не удавшейся попыткой запуска)

Предварительный конструкция ДМС для обсерватории "Миллиметрон" с трассировкой лучей (3D-модель), предложенная группой Паоло де Бернардиса из университета города Рим.

Коротковолновый Матричный Спектрометр

Коротковолновый матричный спектрометр представляет собой приемник с предельной чувствительностью для решения научных задач с использованием как фотометрии, так и для широкополосной спектроскопии среднего спектрального разрешения (λ/∆λ≈ 103). Рабочий диапазон частот спектрометра от 700 ГГц до 6 ТГц подразделяется на 4 поддиапазона.

Диапазон

Частота, ГГц

Угловое разрешение, угл. сек.

Кол-во пикселей

Спектральное разрешение

Требуемая чувствительность детекторов (МЭШ), Вт/√Гц

1

3.4 – 6.0

1 – 2

~8000

~500 – 1000

≤10-19

2

1.9 – 3.4

2 – 4

~4000

~500 – 1000

≤10-19

3

1.0 – 1.9

4 – 6

~1200

~500

≤10-19

4

0.7 – 1.0

6 – 10

~300

~500

≤10-19

Основные характеристики коротковолнового матричного спектрометра

В качестве чувствительных элементов матрицы перспективными являются детекторы на основе сверхпроводящих болометров (TES, KID, HEB). КМС будет состоять из двух основных частей – матричного фотометра работающего во всем рабочем диапазоне частот, который разделен на несколько поддиапазонов, с помощью дихроических делителей луча, и матричного спектрометра, спектральное разрешение которого будет определяться входным оптическим фильтром. Подобный подход был использован в приемнике PACS (http://www.cosmos.esa.int/web/herschel/science-instruments), установленном и успешно отработавшем в составе космической обсерватории Гершель, что, несомненно, будет использовано при создании КМС для обсерватории "Миллиметрон".

PACS-FPU (Блок фокальный) (http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2009/04/Herschel_s_three_instruments_from_top_HIFI_PACS_and_SPIRE).

Предварительная конструкция приемника BLISS с трассировкой лучей (3D-модель), изначально предложенная JPL (США) для космической обсерватории SPICA (https://www.ir.isas.jaxa.jp/SPICA/SPICA_HP/index-en.html) также может быть адаптирована для обсерватории "Миллиметрон".

Предварительный дизайн приемника BLISS в сборе с трассировкой лучей (3D- модель).