Больше не тикает

В 1974 году в урочище Бадары Тункинского района Бурятии появился первый пробный антенный пост… Когда антенна поворачивалась, шаговый двигатель издавал звуки, похожие на тиканье больших часов. Почти 50 лет спустя этот пост всё так же «тикает», хотя другие его антенные собратья уже ушли на покой. Этот «ветеран» оставлен в память о первом радиоинтерферометре. Полвека назад началась история, пожалуй, самого знаменитого инструмента Сибизмира, а позже – Института солнечно-земной физики СО РАН. В 1986 году здесь был введён в эксплуатацию один из крупнейших радиоинтерферометров России – 256-антенный Сибирский солнечный радиотелескоп, работавший на частоте 5,7 ГГц. Знаменитый «Сибирский крест». Сейчас он уже не существует, вернее, получил новую жизнь – был трансформирован в более современный инструмент. То, что ты видишь в Бадарах, производит впечатление фантастического фильма – антенны, уходящие рядами к горизонту.

Идея создания Национального гелиогеофизического комплекса принадлежит научному руководителю института – академику Гелию Александровичу Жеребцову. В 2007 году под его руководством была разработана программа развития комплекса, её поддержали Российская академия наук, президент и Правительство. Проектирование радиогелиографа, первого объекта комплекса, началось в 2013 году за счёт средств Сибирского отделения РАН, а в 2014 году вышло первое постановление Правительства РФ о создании комплекса, началась официальная стройка, были выделены средства из федерального бюджета. От начала проектирования радиогелиографа до завершения стройки прошло 10 лет. Объект уникальный, нестандартный. Не каждая компания взяла бы на себя смелость заняться проектированием. В этом году институт выходит на завершение стройки.

Всё оборудование нового инструмента – российское. В проекте участвовали Муром, где были созданы двигатели для антенн, ведущий производитель радиоэлектроники России АО «НПФ «Микран» (Томск). Антенны изготавливало АО «НПО ПМ-Развитие» (Подмосковье). Сводил все работы генподрядчик – Лыткаринский завод оптического стекла. «Здесь не произошло импортозамещение, изначально сделали ставку на отечественное оборудование», – рассказал первый заместитель директора Института солнечно-земной физики СО РАН – доктор физико-математических наук Сергей Олемской. Стоимость постройки – 2,5 млрд рублей. Около 2 млрд рублей стоит только технология создания самого инструмента, 500 млн рублей – общестроительные работы.

От старого радиогелиографа осталось только несколько антенных постаментов, на которых разместились новые антенны. Сам же инструмент был демонтирован и официально списан. «Остался от старого радиогелиографа один «тикающий» механизм, – говорит учёный. – Раньше все 256 антенн «тикали», это придавало особенный колорит научной установке, сейчас стоят двигатели муромского завода – они бесшумные». Старые рубильники, щитки были заменены на современную микроэлектронику, демонтирован медный волновод. Ранее каждая антенна передавала волну по медной трубе, по ней и шёл сигнал до устройства хранения и обработки. Передача могла быть только на 5,7 ГГц. Если бы учёные захотели иной диапазон, пришлось бы менять параметры волновода. Сегодня все антенны соединены оптоволокном, что на порядок облегчает работу. «Когда мы спустимся в тоннель под телескопом, мы увидим тянущиеся от антенн жёлтые провода, оптоволокно, которое обволакивает все тоннели, как паутинка», – рассказывает Сергей Олемской.

Единственный в мире

– В 1986 году первый радиогелиограф был локомотивом мировой науки, – продолжает учёный. – Сегодня этот локомотив – новый инструмент. Отличие его в том, что сегодня мы можем наблюдать и прогнозировать глобальную систему «Солнце-Земля», начиная с недр Солнца и заканчивая ближним космосом. Насколько это актуально? Вспомните недавнее событие, когда 40 спутников компании Space X Илона Маска сошли с орбиты, потому что негативные явления, которые родились в недрах Солнца, сказались на ближнем космосе.

Произошло вздутие атмосферы, спутники сошли с геостационарной орбиты. Прогноз подобных негативных явлений – одна из главных задач нашего института. Этот объект как раз и ориентирован на решение таких прикладных задач. Но главная его задача – фундаментальные исследования. Кажется, что Солнце изучено полностью, каждый слой имеет своё название. Фотосфера, корона Солнца… И недра Солнца мы изучили теоретически достаточно хорошо, мы знаем, как происходит переполюсовка глобальных магнитных полей, как работает динамо-машина в недрах нашего светила, но совершенно не знаем, почему там не работают те элементарные законы физики, которые действуют на планете Земля. Например, чем дальше мы от источника тепла, тем становится холоднее. Однако на Солнце это не так. Температура поверхности Солнца – 6 тысяч градусов Цельсия. Удаляясь всего на несколько сотен километров, допустим, на расстояние от Иркутска до Черемхова, мы окажемся там, где температура до 1,5 миллиона градусов. Это всего на два порядка ниже, чем в эпицентре ядерного взрыва. И почему так происходит, мы не знаем. Именно в этом слое происходит ускорение частиц, именно там рождаются ударные волны, которые вызывают негативные явления в околоземном пространстве.

Новый инструмент покрывает диапазон от 3 до 24 ГГц. «Это позволит нам строить 3D-модель околосолнечного космического пространства, потому что каждый радиоисточник находится на разном удалении от солнечной поверхности, – говорит Сергей Олемской. – Мы уже получили первые результаты с двух диапазонов, и, не постесняюсь сказать, мировая научная общественность в восторге от этих результатов».

Заведующий отделом радиоастрофизики ИСЗФ кандидат физико-математических наук Сергей Лесовой дотошно координировал, производил апробацию инструмента. «Мы выставили в тестовом режиме 30 антенных постов ещё до монтажа всей линейки, – рассказал Сергей Олемской. – Получили на этих 30 постах сигнал, он был сильно зашумлен. Сообщили изготовителю, что нужно поправить. И наконец «вытащили» тот сигнал, который даёт хорошие научные результаты. Если бы мы не производили все эти манёвры, то уникальные результаты первыми в мире просто бы не получили. У нас бы был работающий с изрядным шумом инструмент, была бы та же коллизия, что у китайских коллег. Дело в том, что подобные инструменты в мире есть, но работающих нет. Это единственный в мире работающий многоволновый радиогелиограф. Китайские учёные построили аналогичный инструмент в виде спирали. Но дело в том, что они не смогли произвести его юстировку. У нас 528 антенн, и все они должны работать как единый механизм. Нам этого удалось достичь, а зарубежным коллегам нет. Это очень сложный технологически объект. Крайне непростые строительно-монтажные работы и само производство оборудования». Напомним, радиогелиограф состоит из трёх Т-образных антенных решёток. 129 антенн диаметром 3 м, 192 – 1,8 м, 207 – 1 м.

После завершения тестового режима 30 антенн наступила очередь опытного режима на антеннах двух диапазонов, третий диапазон – 12–24 гигагерца – сегодня в стадии юстировки. «Новое оборудование – это совсем другой уровень работы, мы очень рады, что теперь работа идёт совсем по-другому», – говорит инженер, сотрудник астрофизической обсерватории «Бадары» Анатолий Муратов.

«Без фонарика не хожу»

«Подземный отдел» телескопа производит ещё более сильное впечатление, чем ряды антенн на земле. Под рядами антенн проходят подземные тоннели, от каждой антенны в них спускаются коммуникации. Это необходимо для того, чтобы оборудование находилось в одинаковом температурном режиме и его было легко обслуживать. «Когда я на дежурстве, я тут самый главный – и по верху, и по низу, и по середине», – говорит Анатолий Муратов, когда мы спускаемся по лестнице, проходим спортивный зал с тренажёрами и попадаем в круглый, как огромная труба, тоннель. Даже при включённом свете тоннели выглядят страшновато, а что будет, если свет отключится? «Я сюда без фонарика в кармане не хожу», – смеётся Анатолий Муратов. «У кого есть шапочки, желательно надеть», – советуют нам. В подвалах холодно. Именно здесь по тоннелям бегут «паутинки» оптоволокна от каждой антенны, их путь ведёт в небольшой ЦОД, который расположен тут же, под землёй. Здесь информация первоначально хранится, обрабатывается и отправляется в Иркутск для интерпретации. Тоннели были построены в советские времена, с тех пор почти ничего не изменилось, старый радиогелиограф располагался точно так же – по сторонам света. Просто сейчас на поверхности новые антенные посты и медь заменена на оптоволокно.

Анатолий Муратов показал первые 3D-изображения околосолнечного пространства, которые удивили мировую общественность. Инструмент передаёт изображение Солнца на принимающую аппаратуру в малом ЦОДе в Бадарах, здесь после ввода инструмента в эксплуатацию информация будет обрабатываться первоначально. Затем изображения будут передаваться в Иркутск, научная обработка будет проводиться в большом ЦОДе ИСЗФ (его ещё предстоит построить). Однако уже сейчас изображения получают в опытном режиме, в Иркутске они обрабатываются, и в итоге учёные имеют в своём распоряжении вращающуюся 3D-модель околосолнечного пространства за определённый период.

«Конечно, сейчас это не тот масштаб, который нам необходим, – говорит Сергей Олемской. – После того как инструмент заработает полноценно, количество получаемой информации возрастёт существенно. Всё дело в большом объёме данных, которые нам предстоит обрабатывать. Работа будет происходить в автоматическом режиме. Пока мы наблюдаем и обрабатываем конкретные события на Солнце. Ярких событий, которые могут иметь геоэффективные явления в ближнем космосе, не так много. С их наблюдением и обработкой мы будем справляться, сомнений нет. Однако есть и другие вопросы». Сейчас перед учёными стоит задача по наблюдению спокойного Солнца и самостоятельному производству индекса интегральной солнечной активности F10. 7, который характеризует среднесуточный поток радиоизлучения Солнца на длине волны 10,7 см. Этот индекс очень важен для геофизической модели, которая прогнозирует состояние верхней атмосферы и ближнего космоса. Сейчас индекс российские учёные получают из-за рубежа, все модели построены именно на нём.

Начало второго этапа

Кроме самого инструмента в проект входили общестроительные работы – были возведены четыре коттеджа для сотрудников на 40 мест и технологический корпус. «Мы приближаемся к вводу объекта в эксплуатацию, соответствующие документы планируем получить в конце этого года», – сказал Сергей Олемской. С вводом в эксплуатацию многоволнового радиогелиографа ИСЗФ завершает первый этап строительства Национального гелиогеофизического комплекса РАН.

Первый этап включал три объекта. Первый объект – это начало проектирования крупного солнечного телескопа-коронографа с диаметром зеркала 3 м в Саянской солнечной обсерватории ИСЗФ. Положительное заключение Главгосэкспертизы на этот инструмент получено, в 2023 году институт выходит на строительную площадку. Второй объект – комплекс оптических инструментов, который был введён в эксплуатацию в геофизической обсерватории ИСЗФ в Торах в 2022 году. Третий объект – это, собственно, многоволновой радиогелиограф, который начнёт полноценную работу в 2023 году.

В ближайшие годы в рамках второго этапа предстоят проектирование и ввод ещё 4 инструментов и центра обработки данных в Иркутске на базе ИСЗФ. В 2023 году начинается их проектирование. Это лидар, нагревный стенд, система радаров, ЦОД и уже упомянутый коронограф на базе Саянской солнечной обсерватории. Система радаров – когерентного и некогерентного – запланирована к вводу первой. Радары, а затем лидар появятся на Малом Море (в местности Харикта), потом будет оборудован нагревный стенд под Ангарском, в Одинске. В это же время будет проектироваться и вводиться ЦОД, его построят по примеру центра обработки данных Сбера в Сколково. Самый сложный и тяжёлый проект второго этапа – коронограф. Он станет последним из запущенных в работу объектов Национального гелиогефизического комплекса РАН. Его сдадут в эксплуатацию в 2030 году.

Постройка инструментов – это только часть задач, которые стоят перед ИСЗФ. За время ввода их в эксплуатацию нужно увеличить штат в два раза. Сегодня в институте около 500 специалистов, после ввода Национального гелиогеофизического комплекса штат вырастет до 1 тысячи человек. С постепенным вводом комплекса в строй институт планирует получать дополнительные субсидии на выполнение госзадания, открывать новые рабочие места, привлекать молодёжь. «Это для нас актуально, сегодня мы сотрудничаем с рядом университетов, активно приглашаем молодых ребят на практику, – говорит Сергей Олемской. – К нам на практику ездят студенты МГУ, ИТМО, Новосибирского университета, родного ИГУ. Новые кадры нам необходимы, а сотрудники получат возможность работать на передовых инструментах».