Завершена эксплуатация SOFIA — последней в мире летающей обсерватории

Летающая стратосферная инфракрасная обсерватория SOFIA совершила свой последней полёт в рамках научной программы. Теперь единственную в мире эксплуатируемую до этого момента летающую обсерваторию, которую по праву считают чудом инженерной мысли, ждёт досрочная отправка в музей спустя 12 лет работы. Что из себя представляет SOFIA и почему её эксплуатация завершается?

SOFIA в полёте. Credit: NASA/DLR.

SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) — совместный проект Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) и Германского центра авиации и космонавтики (DLR) по созданию и использованию телескопа системы Кассегрена, работающего с борта летящего самолёта. Это была третья в мире крупная подобная обсерватория после NASA Galileo Airborne Observatory (эксплуатировалась с 1965 года до авиакатастрофы в 1973) и NASA Kuiper Airborne Observatory (с 1974 по 1995 год). Да, телескопы устанавливались и на небольшие летательные средства (обсерватории на самолётах Learjet 24 или F/A-18 Hornet, а также на воздушных шарах), но их апертура была, что логично, очень маленькой.

Идея создания новой летающей обсерватории возникла в 1984 году, а в 1987 была опубликована её предварительная концепция. SOFIA развивалась как американо-германский проект, немецкая сторона взяла на себя создание оптической системы телескопа и 20% финансовых затрат. Фактически проектом занялись лишь в 1996 году: американцы долго не могли выбить финансирование, немцам же было вообще не до этого после падения Берлинской стены и начала немецкого воссоединения. При этом в создании телескопа с европейской стороны принимала участие не только Германия. В качестве субподрядчиков внесли свой вклад французская SAGEM-REOSC, занимавшаяся шлифовкой и полировкой первичного зеркала, и Швейцарский центр электроники и микротехнологий, изготовивший механизм вторичного зеркала на основе карбида кремния.

Обсерватория установлена на широкофюзеляжном самолёте Boeing 747SP — модификации Boeing 747, предназначенной для сверхдальних перелётов: SOFIA может перелететь практически в любую точку планеты, позволяя вести наблюдения как в Северном, так и в Южном полушариях. Самолёт для обсерватории был не новым. NASA купило его в 1997 году, до этого момента он уже как 20 лет эксплуатировался в качестве пассажирского авиалайнера. После покупки Boeing 747 прошёл ремонт и модернизацию до версии SP. Особенное внимание уделяли фюзеляжу, без модернизации которого при открытии люка телескопа размером 5,5 х 4,1 м самолёт бы просто развалился в воздухе. Все научно-исследовательские работы в этом направлении провела американская компания Raytheon.

Закрытый кожухом телескоп SOFIA во время испытаний. Credit: NASA/DLR.

Телескоп с апертурой 2,5 метра был в 2004 году доставлен из Германии в США, протестирован и установлен в задней части фюзеляжа. Это самый крупный телескоп из всех когда-либо устанавливавшихся на самолёты, но при этом он довольно лёгок для своих габаритов. Это объясняется не только конструкцией, но и применением полимерных и композиционных материалов. Телескоп может работать как и инфракрасном (ИК) диапазоне, так и в видимом, для смены режима работы необходимо заменить детектор. Чаще всего наблюдения велись в ИК-диапазоне. Водяной пар, находящийся в атмосфере Земли, поглощает часть ИК-излучения, но возможности проекта SOFIA позволяют поднять телескоп достаточно высоко, чтобы он был выше основной массы пара атмосферы. На высоте работы SOFIA (12-14 км над уровнем моря) доступно около 85 % всего ИК-излучения из космоса. Всего для SOFIA было создано 7 научных приборов, выбор которых осуществлялся в зависимости от целей наблюдений.

Особенной похвалы заслуживает довольно сложная система стабилизации телескопа, благодаря которой он не теряет точное наведение даже при низкой турбулентности. Также стоит отметить систему терморегулирования обсерватории, которая предотвращает образование конденсата и термически индуцированную деформацию.

Вид изнутри самолёта на телескоп. Credit: NASA/DLR.

В самолёте имеется не только телескоп, но и рабочие места для инженеров и научных сотрудников.

Внутри SOFIA. Credit: NASA/DLR.

Пробный полёт обсерватории состоялся 26 апреля 2007 года. Начальные испытания проводились с закрытым люком телескопа, первый полёт с полностью открытым люком произошёл 18 декабря 2009 года. Первые наблюдения с телескопа в полёте были проведены 26 мая 2010 года — этот день является официальной датой ввода обсерватории SOFIA в эксплуатацию. Началась основная научная программа, которая была успешно выполнена и замещена расширенной научной программой с постоянным продлением каждые три года. Это нормальная практика для подобных проектов NASA, она связана с особенностями утверждения финансирования.

Помимо чисто научной работы, обсерватория активно использовалась в образовательных и просветительских целях.

SOFIA во время одной из экскурсий. Фотография позволяет лучше понять размеры летающей обсерватории. Credit: NASA/DLR.

В декабре 2012 года самолёт получил модернизированную кабину пилотов и новую авионику.

Благодаря SOFIA было сделано немало открытий в области физики межзвёздной среды, сверхновых и экзопланетологии. Например, обсерваторией было доказано существование в космосе молекулярных ионов HeH⁺, которые были первыми молекулами во Вселенной. При этом на обработку всех полученных SOFIA научных данных уйдёт ещё несколько лет.

Планировалось, что SOFIA будет служить минимум до 2030 года, однако появились сомнения в результативности работы обсерватории при имеющихся затратах на её эксплуатацию, которые составляют порядка 85 млн. долларов США в год. В феврале 2020 года администрацией Дональда Трампа было внесено предложение о закрытии проекта, однако долгое время учёные убеждали чиновников в целесообразности наблюдений. К сожалению, в новом десятилетнем астрофизическом обзоре NASA было рекомендовано свернуть проект в 2023 году, при этом эксплуатация была завершена с завершением 2022 финансового года NASA. Поэтому 28 сентября 2022 года единственная эксплуатируемая в мире летающая обсерватория SOFIA совершила свой последний, 921-й научный рейс в рамках очередного трёхлетнего периода продления расширенной научной программы. Вскоре обсерватория будет передана на вечное хранение в калифорнийский Исследовательский центр Эймса, где также находится её предшественница — NASA Kuiper Airborne Observatory.

Бесценный опыт, которые получили специалисты во время создания и эксплуатации SOFIA, не пропадёт даром. В 2020 году NASA начало работу над ASTHROS (Astrophysics Stratospheric Telescope for High Spectral Resolution Observations at Submillimeter-wavelengths, русс. «Астрофизический стратосферный телескоп для наблюдений с высоким спектральным разрешением в субмиллиметровых длинах волн»). Это будет лёгкий телескоп с 2,5-метровым главным параболическим зеркалом, набором вторичных зеркал, линз и детекторов, который будет запускаться с Антарктиды на высоту около 40 км 150-метровым высотным воздушным шаром. Первый полёт ASTHROS запланирован на начало 2024 года.

В завершении нам остаётся только поблагодарить всех людей, работавших над этим необычным проектом всё это долгое время!