Международная астрофизическая космическая лаборатория гамма-лучей "Интеграл"

Космонавтика, астрофизика

Международная астрофизическая лаборатория гамма-лучей "Интеграл"

С. А. ГРЕБЕНЕВ,
доктор физико-математических наук, руководитель Российского центра научных данных проекта "ИНТЕГРАЛ"

Р. А. СЮНЯЕВ, академик, научный руководитель проекта "ИНТЕГРАЛ" от России Институт космических исследований РАН

Идея создания лаборатории "Интеграл" ("Integral" — International gamma-ray astrophysics laboratory — Международная астрофизическая лаборатория гамма-лучей) возникла в конце 1980-х гг. на фоне эйфории от сенсационных результатов, полученных в ходе рентгеновских и гамма-наблюдений Сверхновой 1987А — самой близкой к нам сверхновой, вспыхнувшей за последние 400 лет.

Впервые были найдены непосредственные подтверждения синтеза огромного (около 0.1 массы Солнца) количества радиоактивных элементов при взрывах сверхновых. Модуль "Квант" орбитальной станции "Мир" (Земля и Вселенная, 2000, № 6) зарегистрировал жесткий рентгеновский континуум, связанный с рассеянием фотонов гамма-линий радиоактивного распада ⁵⁶Со на электронах расширяющейся оболочки сверхновой, а затем, спустя полгода, приборы на баллонах зарегистрировали сами эти линии. Стало понятно, как много могут дать науке наблюдения подобных объектов, а также ряда других источников, в которых происходят ядерные реакции.

Обнаружение аннигиляционных линий электронов и позитронов в спектрах ряда компактных источников астрофизической космической обсерваторией "Гранат" (Земля и Вселенная, 1998, № 6) вызвало еще больший интерес ученых к исследованию гамма-линий. Стала очевидной необходимость создания научного спутника, более чувствительного, чем "Квант" и "Гранат", и потому способного наблюдать далекие сверхновые, активные ядра галактик и квазары, обладающего к тому же на один-два порядка лучшим энергетическим и хорошим угловым разрешением.

Члены научной рабочей группы проекта 'ИНТЕГРАЛ" в Европейском центре космических технологий. На втором плане — летный образец астрофизической обсерватории. 26 марта 2002 г. Фото ESA.

В 1991 г. NASA запустило обсерваторию гамма-лучей им. А. Комптона ("CGRO"), выполнившую ряд уникальных наблюдений, прежде всего по исследованию гамма-всплесков. Ее наблюдения излучения плоскости Галактики в линиях аннигиляции позитронов и электронов и радиоактивного ²⁶AI подтвердили необходимость высокого энергетического и углового разрешения для успеха наблюдений в области ядерной астрофизики. С проектом "ИНТЕГРАЛ" у европейских ученых, пионеров гамма-астрономии (9 августа 1975 г. они запустили первый гамма-спутник "COS-B"), появилась возможность вернуть утраченные позиции. С самого начала Россия активно участвовала в проработке и реализации проекта. Ей принадлежит четверть данных всех наблюдений. Со времен космической обсерватории "Гранат" и модуля "Квант" (запущенных более 14 лет назад) это самый крупный космический эксперимент в области астрофизики с российским участием.

СПУТНИК И ОРБИТА

Платформа и служебные системы космического аппарата, отвечающие за энергоснабжение, управление полетом и связь с Землей, выполнены на базе типовой платформы, разработанной для астрофизического спутника "XMM-Newton" (Земля и Вселенная, 2000, № 4). Использование готового служебного модуля значительно удешевило миссию. Стартовый вес спутника — 4.1 т, вес научной аппаратуры — 2 т, высота — 5 м, диаметр — 3.7 м, размах панелей солнечных батарей в развернутом состоянии — 16 м. Стабилизацию спутника обеспечивают гиродины, при маневрировании используются газовые двигательные установки. Предполагается, что спутник проработает на орбите не менее 5 лет, хотя гарантированное время составляет 2 года.

Спутник "Интеграл" в собранном виде со всеми научными приборами после интегрирования с разгонным блоком "ДМ-3" ракеты-носителя "Протон-К". Выполняется операция перевода в горизонтальное положение для установки головного обтекателя. Монтажно-испытательный корпус космодрома Байконур. Фото ESA.

Спутник "Интеграл" выведен на высокоэллиптическую геостационарную орбиту с периодом обращения 72 ч, высотой перигея 9049 км, высотой апогея 153 657 км, наклонением 52.2°. На этой орбите 90% времени он будет находиться вне радиационных поясов Земли (выше 40 000 км) — в условиях, благоприятных для непрерывных наблюдений радиационно-чувствительными приборами. Рабочая орбита была достигнута в несколько этапов. Через ~ 10 мин после старта в результате успешной работы первых трех ступеней ракеты-носителя "Протон-К" спутник оказался на низкой промежуточной орбите Земли. Спустя 50 мин включился разгонный блок "ДМ-3" ракеты-носителя, поднявший апогей орбиты до расчетного значения. Произошло отделение спутника от разгонного блока. Подъем перигея примерно с 700 до 153 000 км осуществлялся в течение следующих нескольких витков последовательными включениями двигательной установки спутника.

Вывод на орбиту контролировали станции слежения на территории России и на Байконуре, а также специально установленная мобильная станция в Южной Америке. После запуска управление спутником было передано Центру управления полетом в Европейском центре космических операций в Дармштадте (Германия). С этого момента слежение за спутником, прием телеметрии и передача команд осуществляются через антенны в Реду (Бельгия) и Голдстоуне (США). Научная информация поступает из Дармштадта в Европейский центр научных данных проекта "ИНТЕГРАЛ" в Версуа (Швейцария), а оттуда распределяется по всему миру. Российская доля данных наблюдений спутника передается в Российский центр научных данных проекта (РЦНД), организованный в Институте космических исследований РАН (ИКИ РАН, Москва).

Разработка и реализация проекта "ИНТЕГРАЛ" осуществляются Европейским космическим агентством (ESA) совместно с Россией (Росавиакосмос) и США (NASA). Полная стоимость проекта для ESA (стоимость спутника, операций с ним, приема и передачи телеметрии) составила 330 млн. евро. Не менее 300 млн. евро затратили научные учреждения стран Европы на разработку и изготовление приборов и создание Европейского центра научных данных. Вклад NASA — одна из приемных станций и доступ к ноу-хау в изготовлении научной аппаратуры (в частности, охлаждаемых германиевых детекторов). Россия предоставила ракету-носитель "Протон" и отвечала за подготовку спутника к запуску, изготовление адаптера для интегрирования с носителем, вывод спутника на заданную орбиту и создание РЦНД. Работы координировали Росавиакосмос и РАН. Основной их объем пришелся на ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, РКК "Энергия" им. СП. Королева, службы космодрома Байконур и ИКИ РАН.

Вывод астрофизической обсерватории "Интеграл" на рабочую орбиту РН "Протон". Рисунок ESA.

Выделив России 25% всех научных данных, ESA высоко оценило ее вклад в проект (на уровне 200 млн. евро, что заметно превышает коммерческую стоимость запуска). Причина такой высокой оценки заключается в уникальной орбите, которую обеспечивает "Протон" и на которую спутник не может быть выведен ни одним другим носителем (в ходе проработки проекта в качестве запасных носителей рассматривались европейский "Ариан-5" и американский "Титан-3"). Орбита "Протона" позволяет спутнику значительно дольше находиться вне радиационных поясов Земли, что обеспечивает выигрыш почти 30% в наблюдательном времени. При выборе "Протона" учитывалась и его не имеющая аналогов надежность — из почти 300 стартов лишь несколько закончились неудачей.

НАУЧНАЯ АППАРАТУРА

Космическая лаборатория "Интеграл" предназначена для исследований в области ядерной астрофизики и астрофизики высоких энергий. На борту находятся приборы для сверхтонкой (с разрешением 2.2 кэВ на энергии 1 МэВ) гамма-спектроскопии космических источников, их локализации и картографирования с высоким (минуты дуги) угловым разрешением в диапазоне 15кэВ-10 МэВ с одновременным мониторингом в рентгеновском (3-35 кэВ) и оптическом (550 нм) диапазонах. Для построения изображений в рентгеновских и гамма-лучах используется принцип кодирующей апертуры, т.е. восстановление изображения по мозаике теней, создаваемых на позиционно-чувствительном детекторе непрозрачными элементами расположенной над ним кодирующей маски.

Гамма-спектроскопия осуществляется прибором SPI, по своим параметрам и чувствительности намного превосходящим все приборы, когда-либо работавшие в космосе в этом диапазоне. Высочайшее энергетическое разрешение (отношение энергии, на которой регистрируется гамма-линия, к ее ширине Е/ΔЕ ~ 500) обеспечивают 19 гексагональных германиевых детекторов, охлаждаемых до температуры 90К. Размер грани каждого детектора — 3.2 см, высота — 7 см. Расположенная на высоте 1.7 м над плоскостью детектора маска обеспечивает угловое разрешение 2.5° в поле зрения диаметром 16° (полностью кодируемая область, размер полного поля зрения 25°). Маска, состоящая из 127 прозрачных и непрозрачных элементов, сделана из вольфрамовой пластины толщиной 3 см. Для гамма-фотонов, регистрируемых прибором, маска меньшей толщины была бы прозрачной на высоких энергиях. Весь спектрометр для снижения фона покрыт защитой из кристаллов висмута-германата оксида (BGO), работающей по принципу антисовпадений, и даже прозрачные элементы маски закрыты снизу пластиковыми сцинтилляторами. В результате прибор, не самый большой по размерам, оказался самым тяжелым (1.3 т). В данном случае цель оправдывала средства. За создание этого прибора отвечали Центр космических исследований в Тулузе (Франция) и Институт внеземной физики Общества Макса Планка (Германия).

Размещение научных приборов на борту космической обсерватории "Интеграл" (солнечные панели в сложенном положении). Рисунок ESA.

Гамма-телескоп IBIS, предназначенный для построения изображений, имеет более высокое угловое разрешение — 12˝ в полностью кодируемом поле зрения 9° х 9° — при умеренном (8% на 1 МэВ) спектральном разрешении. Телескоп оснащен двумя детекторными слоями — верхним ISGRI, состоящим из 16384 элементов (сплав CdTe) размером 4 х 4 х 2 мм, чувствительных в диапазоне до 200 кэВ, и нижним PICsIT — из 4096 элементов (сплав Csl) размером 9 х 9 х 30 мм, чувствительных в диапазоне выше 150 кэВ.

Детектор площадью около 3000 см² уникален как по используемым материалам (полупроводникам на основе сплава CdTe), так и по конструкторскому решению (двухслойной структуре с матрицами из десятков тысяч элементов). Для сравнения: телескоп СИГМА на борту обсерватории "Гранат" (по задачам и параметрам — прообраз телескопа IBIS) имел в качестве детектора один большой кристалл Csl, место высвечивания энергии гамма-кванта в котором определял набор фотоумножителей. Такой кристалл характеризовался очень большим внутренним шумом, ограничивающим чувствительность прибора. Наличие двух детекторных слоев в телескопе IBIS позволяет отслеживать траекторию фотона в трех измерениях и точнее измерять его энергию и направление прихода. Более высокое по сравнению с прибором SPI угловое разрешение обеспечивается как лучшим пространственным разрешением детекторов (размером отдельного элемента — пиксела), так и увеличением расстояния между кодирующей маской и верхней плоскостью детектора до 3.2 м. Масса телескопа — 630 кг. Его разработку и изготовление осуществляли Институт космической астрофизики в Риме, Институт космических технологий и исследования внеземных излучений в Болонье (Италия) и Центр астрофизических исследований Комиссии по атомной энергии в Сакле (Франция).

Германиевые детекторы гамма-спектрометра SPI. Фото ESA.

Детектор рентгеновского телескопа JEM-X. Фото ESA.

Детектор гамма-телескопа IBIS. Фото ESA.

Лаборатория "Интеграл" оснащена также вспомогательными приборами: двумя рентгеновскими телескопами JEM-X, оптическим монитором ОМС и монитором заряженных частиц IREM. Они позволяют ученым исследовать космические источники одновременно в широчайшем диапазоне энергий. В этом "Интеграл" перехватывает эстафету у обсерваторий на модуле "Квант" орбитальной станции "Мир" и спутнике "Гранат". Их весомый вклад в рентгеновскую и гамма-астрономию во многом был связан со способностью к проведению широкополосной спектроскопии.

Телескопы JEM-X чувствительны в диапазоне 3-35 кэВ, имеют спектральное разрешение 16% на 6 кэВ и угловое разрешение 3˝ в поле диаметром 4.8°. Точность локализации для ярких источников достигает 20". Кодирующие маски размещены на той же высоте, что и маска телескопа IBIS, но имеют большее число непрозрачных элементов — 75% (маски IBIS и SPI — 50%). Такое конструкторское решение поможет телескопу наблюдать очень яркие рентгеновские источники, поток фотонов от которых превышает возможности телеметрии, и слабые источники, расположенные в густонаселенных областях неба и поэтому наблюдаемые в условиях "повышенного фона". Детекторами являются две позиционно-чувствительные газовые камеры, заполненные смесью ксенона и метана под давлением 1.5 атм, катодами и анодами в них служат стеклянные пластины с нанесенными металлическими штрихами — микрострипами. Телескоп во многом похож на рентгеновский телескоп АРТ-П отечественного производства, успешно работавший на спутнике "Гранат" (Земля и Вселенная, 1989, № 3; 1990, №1; 1991, №2; 1992, №2; 1993, №№ 1, 6; 1994, №2; 1998, № 6), или на англо-голландский телескоп ТТМ на модуле "Квант". Разработчик JEM-X — Институт космических исследований Дании.

Монитор ОМС должен осуществлять синхронные с основными приборами наблюдения рентгеновских и гамма-источников в оптическом диапазоне. Он способен регистрировать объекты до 18.2^m (за 1000 с), но не ярче 7-8^m. Это классический телескоп-рефрактор с расположенной в фокальной плоскости ПЗС-матрицей из 2048 х х 1024 чувствительных элементов. Его особенность — относительно большое поле зрения, 5° х 5°, при угло

График чувствительности приборов космической обсерватории "Интеграл" к излучению с непрерывным спектром. Сплошные линии — поток фотонов определенной энергии, который будет зарегистрирован за 1 млн. секунд на уровне достоверности 3σ. Штриховой и пунктирной линиями показаны источники, подобные известному рентгеновскому объекту — туманности в Крабе, но с потоками в 10 и 1000 раз меньшими.

Монитор заряженных частиц IREM служит в основном для измерения фоновой ситуации на орбите, но может применяться и с чисто научными целями, например, чтобы определить происхождение зарегистрированного гамма-всплеска: солнечное или космическое. Монитор создан в Институте Поля Шеррера (Швейцария).

Приборы спутника "Интеграл" имеют очень высокую чувствительность в гамма-диапазоне и достаточно высокую — в рентгеновском и оптическом диапазонах. При излучении в узкой гамма-линии с энергией порядка 1 МэВ источник будет зарегистрирован за 1 млн. секунд на уровне достоверности 3 а (вероятность, что это не случайный выброс, равна 99.7%), если поток его излучения равен 5 х 10^-6 фотонов см^-2с^-1.

Чувствительность спутника "Интеграл" к гамма-линиям более чем на порядок выше чувствительности, достигнутой в предыдущих экспериментах на космических обсерваториях "НЕАО-3" и "CGRO" (приборы OSSE и COMPTEL).

НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ

Способность к проведению сверхтонкой гамма-спектроскопии делает "Интеграл" прежде всего лабораторией для исследования ядерных процессов, происходящих в космосе. Среди относящихся к этой области исследований задач, имеющих приоритет в программе наблюдений спутника, выделим:

1. Исследование ядерных (²⁶AI, ²²Na, ⁴⁴Ti, ⁵⁶Co, ⁵⁷Со) гамма-линий, возникающих из-за синтеза радиоактивных элементов в момент гибели звезд (взрывы сверхновых), а также при вспышках новых звезд. Примером может служить жесткое рентгеновское и гамма-излучение Сверхновой 1987А, вспыхнувшей в 1987 г. в ближайшей к нам галактике — Большом Магеллановом Облаке. При взрыве образовалось 0.07М⊙ радиоактивного ⁵⁶Ni, который за несколько дней превратился в ⁵⁶Со — тоже радиоактивный с периодом полураспада 77 сут., в свою очередь превратившийся в железо (⁵⁶Fe). В процессе распада испускаются гамма-кванты в линиях, наиболее сильными из которых являются линии с энергиями 847 и 1237 кэВ. Эти линии зарегистрированы в баллонных экспериментах. Выделяется также большое количество позитронов, которые аннигилируют с образованием линии 511 кэВ. В первые годы после взрыва оболочка практически непрозрачна для гамма-излучения, поэтому поток в линиях был сильно ослаблен. Большая часть гамма-фотонов испытывала многократные комптоновские рассеяния в непрозрачной оболочке, теряя свою энергию и формируя жесткое рентгеновское излучение с непрерывным спектром. Такой жесткий рентгеновский континуум был впервые зарегистрирован приборами модуля "Квант". "Интеграл" сможет наблюдать от подобной, но намного более далекой сверхновой как континуум, так и гамма-линии прямого вылета, что позволит определить изотопный состав образовавшихся при взрыве радиоактивных элементов и степень их перемешивания в оболочке сверхновой.

2. Детальное исследование и картографирование диффузного излучения нашей Галактики в линии 1.8 МэВ радиоактивного ²⁶AI. Это излучение, в частности, зарегистрировано телескопом COMPTEL космической обсерватории "CGRO". Оно может быть связано либо со взрывами новых звезд, либо со звездным ветром молодых горячих звезд в областях активного звездообразования. "Интеграл" попытается разгадать природу этого излучения.

3. Исследование аннигиляционного излучения электронов и позитронов в линии 511 кэВ. Широко известно диффузное излучение в данной линии, наблюдаемое вдоль галактической плоскости и вблизи галактического центра. Вопрос о его происхождении остается нерешенным. Связано это излучение со взрывами сверхновых или оно образуется при взаимодействии космических лучей с гигантскими облаками молекулярного водорода, расположенными в этой области? Как много позитронов аннигилируют через образование позитрония по сравнению с прямой аннигиляцией электрон-позитронных пар? При аннигиляции в условиях холодной плотной межзвездной среды (в молекулярных облаках) образование позитрония более эффективно, чем в условиях горячей разреженной плазмы. Не ясно, какой вклад в диффузное излучение вносят компактные рентгеновские источники. Так, спутник "Гранат" зарегистрировал короткие (порядка суток) однократные вспышки в линии 511 кэВ в спектрах излучения двух галактических черных дыр — рентгеновской новой в созвездии Мухи, вспыхнувшей в 1991 г., и сверхжесткого источника 1Е1740.7-2942, получившего второе название "Великий Аннигилятор". Спутник "Гранат" не был приспособлен для исследования диффузного излучения в гамма-линиях, а спутники, занимавшиеся такими исследованиями ранее, имели слишком плохое угловое разрешение. Первым спутником, который сможет дать ответ, будет "Интеграл".

Распределение галактического диффузного излучения в линии 1.8 МэВ радиоактивного ²⁶Аl, по данным телескопа COMPTEL (космическая обсерватория "CGRO"). На врезке показан спектр гамма-излучения вблизи линии 1.8 МэВ.

4. Изучение ядерных гамма-линий, рождающихся при взаимодействии космических лучей с межзвездной средой. Имеются ввиду не столько космические лучи в окрестности Земли, сколько процессы в астрофизических объектах — областях активного образования звезд, молекулярных облаках, в двойных системах — при облучении поверхности нормальной звезды космическими лучами, ускоренными нейтронной звездой или черной дырой. Свидетельство существования таких линий получено, в частности, обсерваторией "CGRO" при наблюдении области звездообразования в Орионе. Наблюдались линии с энергиями в диапазоне 4-8 МэВ. Значимость наблюдений оказалась недостаточно высокой, поэтому данный результат требует тщательной проверки. Провести детальный анализ и дать окончательное заключение о существовании и природе этих линий предстоит лаборатории "Интеграл".

5. Исследование ядерных процессов, происходящих при вспышках на Солнце, в первую очередь излучения в линии дейтерия 2.2 МэВ.

Назовем и другие важнейшие задачи, которые будет решать лаборатория "Интеграл". Прежде всего это исследование жесткого рентгеновского и гамма-излучения, формирующегося при аккреции вещества на черные дыры и нейтронные звезды в двойных звездных системах. Речь прежде всего идет о широкополосной спектроскопии этих источников и исследовании переменности их излучения. Наблюдения модуля "Квант" и обсерватории "Гранат", а затем американских спутников "RXTE" (Земля и Вселенная, 1997, № 2) и "CGRO" показали, что такие рентгеновские источники могут находиться в нескольких спектральных состояниях, соответствующих разным режимам аккреции. "Интеграл", оптимально приспособленный для проведения широкополосной спектроскопии рентгеновского и гамма-излучения, продолжит исследование этих удивительных объектов. Важнейшей задачей обсерватории станет изучение вещества, выбрасываемого с релятивистскими скоростями из ядер галактик и квазаров, а также микроквазаров, обнаруженных недавно в нашей Галактике. Отметим, что первый микроквазар, рентгеновский источник GRS1915-105, был обнаружен спутником "Гранат". Исследование магнитаров — быстро вращающихся нейтронных звезд со сверхсильным магнитным полем, проявляющих себя повторяющимися сверхмощными всплесками мягкого гамма-излучения. Сегодня известно шесть таких объектов, отождествленных с остатками молодых сверхновых. Большинство из них открыто с помощью отечественной аппаратуры "Конус", установленной на спутниках "Прогноз", "WIND", AMC серии "Венера" и многих других. "Интеграл" будет вести мониторинг появления транзиентных источников жесткого излучения и рентгеновских новых, а также исследование долговременной переменности "стационарных" рентгеновских источников. Для этого организованы регулярные наблюдения области галактического центра и еженедельные сканирования галактической плоскости. Это позволит открыть десятки новых слабых и транзиентных источников. "Интеграл" сможет внести заметный вклад в исследование космических гамма-всплесков, в том числе их послесвечений. Большие поля зрения основных гамма-приборов обсерватории (SPI и IBIS) позволят регистрировать около шести гамма-всплесков в год внутри поля зрения. Три таких гамма-всплеска уже были зарегистрированы телескопом IBIS в ноябре 2002 г. — январе 2003 г. Для таких гамма-всплесков будет выполнена высокоточная локализация и, благодаря специальным решениям, оперативно организованы оптические (наземные и с помощью монитора ОМС) и радионаблюдения. Таким образом планируется провести синхронные наблюдения в широчайшем диапазоне энергий раннего послесвечения гамма-всплесков. В этом "Интеграл" повторит программу научного спутника "Beppo-SAX" (Земля и Вселенная, 1997, № 5), вошедшего в историю именно ранней локализацией всплесков, что позволило отождествить их источники с удаленными галактиками, доказав их космологическое происхождение. "Интеграл" сможет исследовать временные профили гамма-всплесков, зарегистрированных активной защитой прибора SPI.

ПРОГРАММА НАБЛЮДЕНИЙ

Наблюдения лаборатории "Интеграл" проводятся в рамках двух программ: Основной и Общей. В Основную программу входят специальные наблюдения, направленные на реализацию ключевых научных задач проекта и требующие большой экспозиции и сложной схемы перенаведений. Это еженедельные сканы галактической плоскости (для поиска ярких вспыхивающих или нестационарных источников), глубокие обзоры густозаселенного поля галактического центра (для картографирования диффузного излучения этой области в континууме и гамма-линиях), наблюдения ряда пекулярных точечных источников.

Данные, полученные в рамках Основной программы, принадлежат Научной рабочей группе (НРГ) проекта "ИНТЕГРАЛ". Это своеобразная компенсация создателям приборов и другим разработчикам проекта за их многолетние усилия по его реализации. В НРГ два отечественных представителя — авторы этой статьи. Через них наша страна получит доступ к 24% всех данных этой программы. Поскольку зачастую в ходе одного наблюдения в поле зрения приборов попадает много источников и их исследования ведутся сразу по нескольким направлениям (спектроскопия, регистрация наблюдений, изучение диффузной компоненты), работа с данными этой программы организована нетривиальным образом. Был составлен список из всех возможных научных задач, реализуемых в рамках программы, и, по рекомендации членов НРГ, назначены ученые, ответственные за решение этих задач и подготовку публикаций. Результаты необходимо опубликовать в течение года после проведения наблюдений, т.к. спустя год данные становятся общедоступными. Самое сложное было добиться, чтобы научная значимость задач, доставшихся России, действительно отражала высокую квоту наблюдательных данных — 24%. На Основную программу отведено 35% всего наблюдательного времени в первый год работы лаборатории, 30% — во второй и 25% — в последующие. Остальное время принадлежит Общей программе.

Наблюдения в рамках Общей программы организованы по принципу "национальной обсерватории", т.е. проводятся на основе открытого конкурса заявок специалистов из разных научных институтов и университетов России и мира. Стоимость космического проекта оказывается слишком высокой, чтобы его плоды достались лишь одной группе ученых, даже если они потратили многие годы на его реализацию. Любой ученый имеет право подать заявку и, если она соответствует техническим требованиям, содержит интересную идею и может привести к весомому научному результату, получить наблюдательное время, а затем и результаты проведенного исследования — для анализа и опубликования. В течение года руководитель заявки должен представить в один из ведущих научных журналов подготовленный для печати материал, т.к. по прошествии этого срока данные поступят в архив и станут доступными для ученых всего мира. Квота России в этой программе — 27% наблюдательного времени.

Конкурс заявок проходит раз в год. Их отбор проводится Европейским программным комитетом, состоящим из 25-30 независимых авторитетных ученых и экспертов. Четверть его членов составляют российские специалисты. Их важнейшая задача — добиваться того, чтобы российская квота данных была максимально заполнена приоритетными заявками, способными обеспечить реальный научный выход. Для облегчения их работы российские заявки в соответствии с "Соглашением между Росавиакосмосом и ESA по проекту "ИНТЕГРАЛ" должны пройти экспертизу и получить рейтинговую оценку Российского программного комитета проекта, состоящего из 19 ведущих специалистов России в области астрофизики высоких энергий.

Схема проведения сканирования галактической плоскости приборами спутника "Интеграл". Каждая точка соответствует отдельному наведению обсерватории (расстояние между ними составляет 6°).

Схема глубокого наведения приборов "Интеграла" на поля галактического центра (поле покрыто сетью точек наведения со сдвигом 2°).

Для сравнения схематически показано поле зрения приборов "Интеграла". Рисунки ESA.

Сбор заявок на наблюдения в течение первого года работы обсерватории завершился 16 февраля 2001 г. Он показал крайне высокую активность ученых и их огромный интерес к проекту "ИНТЕГРАЛ" и возможностям для научных исследований, которые он открывает. В самом деле, подана 291 заявка на наблюдения с полным временем 323 млн. секунд. Доступное же время наблюдения в рамках этой программы составляло всего 17 млн. секунд, т.е. время превышено в 19 раз! Для сравнения: превышение запрошенного времени над имеющимся составляло по проектам: "ХММ" — 6.8 раза, COMPTEL ("CGRO") — 2.5 раза, "Beppo-SAX" — 5 раз. От России подано 35 заявок на наблюдения с экспозицией 37.5 млн. секунд при доступном времени 4.7 млн. секунд, превышение по времени — в 8 раз! Заявки поступили из следующих научных организаций: ГАИШ МГУ, ИКИ РАН, Институт астрофизики МИФИ, ИПФ РАН (Нижний Новгород), Казанский университет, ЛТФ ОИЯИ (Дубна), НИИЯФ им. Скобельцина МГУ, Физфак МГУ, ФТИ им. Иоффе РАН (СПб), Технический университет (СПб). Для реализации было отобрано 11 российских заявок с полным временем наблюдения 5.75 млн. секунд. Список заявок можно найти на сайте . Это первый для ученых нашей страны опыт использования космического аппарата в режиме открытого конкурса заявок. До сих пор мы имели подобный опыт только в использовании наземных телескопов.

РОССИЙСКИЙ ЦЕНТР НАУЧНЫХ ДАННЫХ

Как уже упоминалось, российские ученые получат около 25% данных всех наблюдений обсерватории "Интеграл" через Российский центр научных данных (РЦНД) проекта. Если продолжительность работы спутника составит 2 гарантированных года, каждые сутки наблюдательного времени будут стоить около 1 млн. евро. Чтобы эти деньги максимально оправдали себя и привели к многочисленным публикациям по результатам проведенных исследований, в ИКИ РАН и был создан РЦНД. Он будет получать данные российской квоты наблюдательного времени из Европейского центра научных данных (ЕЦНД) в Швейцарии и передавать их российским наблюдателям для научной обработки и анализа. Информация будет предоставляться не в "сыром" виде, а после предварительной обработки разного уровня вместе с необходимым программным обеспечением, так что наблюдатель, имеющий опыт работы с астрономическими данными, сможет справиться и с обработкой данных обсерватории "Интеграл". Данные будут передаваться наблюдателям разными (удобными для них) способами: по Интернету, на разнообразных носителях информации. Из ЕЦНД данные будут поступать на высокоплотных носителях, не доступных обычным пользователям. Предполагается, что за пять лет работы через РЦНД пройдет несколько тысяч гигабайт научной информации, связанной с наблюдениями в рамках российской квоты данных. Вся информация будет записана в архив данных, создаваемых в РЦНД. Российский центр будет также содействовать доступу отечественных специалистов к архиву данных обсерватории "Интеграл", находящемуся в ЕЦНД, и оказывать помощь российским ученым в работе, для чего в РЦНД организован специальный учебный класс. В круг задач РЦНД входит также объявление о начале очередного конкурса заявок, помощь российским наблюдателям в их подготовке, а Российскому программному комитету в сборе и оценке их технической осуществимости. Полный список задач, за которые будет отвечать РЦНД, можно найти на упомянутом выше сайте. Оборудование РЦНД приобретено за счет целевого финансирования, выделенного РАН.

ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

За время, прошедшее с момента запуска спутника "Интеграл", выполнен огромный объем работ, направленных на повышение перигея орбиты, включение, охлаждение и дегазацию приборов и их испытания. Проведены длительные калибровочные наблюдения яркого рентгеновского источника Лебедь Х-1. Получены первые незапланированные научные результаты — зарегистрированы десятки космических гамма-всплесков защитой прибора SPI, одна солнечная вспышка — основным детектором этого прибора, в ее спектре обнаружены мощные линии гамма-излучения, три всплеска зарегистрированы в поле зрения телескопа IBIS. Имеются первые изображения звездного неба в видимом свете, в рентгеновских и гамма-лучах. Регулярно проводятся сканы галактической плоскости и наблюдения в рамках Общей программы (уже реализованы две российские заявки). Обнаружен первый транзиентный рентгеновский источник IGR J16318-4848. Можно уверенно сказать, что все работает удивительно хорошо и четко, в ряде случаев даже лучше, чем предполагалось.