Крупнейший телескоп России вновь разглядел звезды

09.10.19 | 12:41

Проект ценой 250 млн рублей по замене на нем зеркала не удался, пришлось возвращать старое

Большой телескоп азимутальный (БТА) Специальной астрофизической обсерватории (САО) Российской академии наук вновь ведет наблюдения за небесными объектами. В 2018 году обсерватория заменила главный элемент телескопа — зеркало диаметром 6 м, но оно оказалось непригодным для полноценной работы. На телескоп вернули зеркало 1979 года выпуска.

Лучше поменьше

БТА, расположенный в поселке Нижний Архыз в горах Карачаево-Черкесии,— один из крупнейших в мире. Телескоп был запущен в 1975 году.

В 1960–1970 годах для БТА на подмосковном Лыткаринском заводе оптического стекла (ЛЗОС) было изготовлено два зеркала. Стеклянные заготовки толщиной около 1 м и весом около 70 тонн сначала остывали в течение двух лет, а затем их еще семь лет полировали алмазным порошком. Первое зеркало проработало на телескопе четыре года. В 1979 году из-за несовершенства поверхности его заменили.

В 1990-е годы ученые подняли вопрос о новой замене зеркала. К тому моменту оно уже неоднократно прошло процедуры переалюминирования: примерно раз в пять лет с зеркала кислотами смывался отражающий слой алюминия, а затем наносилось новое покрытие. Каждая такая процедура ухудшала на микроуровне поверхность зеркала. Это сказывалось на качестве наблюдений.

В начале 2000-х годов РАН вплотную занялась этим вопросом. Были предложены два варианта: переполировка первого зеркала БТА и радикальное обновление телескопа с заменой 6-метрового зеркала на 8-метровое.

В 2004 году можно было купить в Германии болванку зеркала такого размера, изготовленную для комплекса Very Large Telescope (VLT, Очень большой телескоп) и не понадобившуюся ему. 8-метровое зеркало обеспечило бы новый уровень зоркости и вернуло бы российский телескоп в десятку крупнейших в мире.

Однако у этого варианта были и недостатки: высокая стоимость и высокие риски. Покупка заготовки обошлась бы в €6–8 млн, примерно столько же стоила бы полировка – ее нужно было делать в Германии, потому что в России нет оборудования для зеркал такого диаметра. Потребовалось бы переделывать верхнюю часть конструкции телескопа и перенастраивать под новую светосилу все научное оборудование.

«При введении в строй 8-метрового зеркала фактически нетронутым остался бы только купол телескопа,— объяснил “Ъ” замдиректора САО Дмитрий Кудрявцев.— А теперь представим себе все это в российских реалиях с перебоями финансирования научных проектов. Мы легко могли бы оказаться в ситуации, когда телескоп разобран буквально на куски, деньги не приходят, и мы на неопределенное время вообще лишаемся доступа к наблюдениям».

Получилось, как прежде

Считать, во сколько обойдется переделка конструкции телескопа, даже не стали. «Было очевидно, что таких денег РАН не найдет»,— рассказал “Ъ” директор САО Валерий Власюк. В 2004 году академия приняла решение о реставрации первого зеркала БТА, хранившегося в специальном контейнере с 1979 года.

Директор Специальной астрофизической обсерватории РАН Валерий Власюк

Фото: Кристина Кормилицына, Коммерсантъ

Задачу вновь поручили ЛЗОС, который теперь входит в холдинг «Швабе» госкорпорации «Ростех». Для устранения «врожденных» дефектов с поверхности зеркала площадью 28 кв. м было срезано 8 мм стекла, из-за чего его вес уменьшился почти на тонну. Полировку планировали провести за три года, но из-за перебоев с финансированием она растянулась на 10 лет.

Общие расходы по замене зеркала БТА выросли с планировавшихся 160 млн до 250 млн руб — то есть до около €3,5 млн по текущему курсу.

«Рост цены объясняется в основном финансовыми кризисами, произошедшими между 2004 и 2018 годами, и последовавшей инфляцией,— объясняет замначальника научно-производственного комплекса ЛЗОС Владимир Патрикеев.— Например, если в 2007 году мы привезли зеркало с Кавказа в Подмосковье за 3,5 млн руб., то в 2018 году везли назад уже за 11 млн руб.».

Заместитель начальника научно-производственного комплекса ЛЗОС Владимир Патрикеев

Фото: Юлия Бычкова, Коммерсантъ

Отреставрированное зеркало приехало в Нижний Архыз в феврале 2018 года. “Ъ” подробно писал о транспортировке особо хрупкого груза весом 42 т, занявшей восемь дней.

Перед отправкой в обсерваторию отреставрированное зеркало прошло сертификацию на ЛЗОС. Однако после его установки в штатную оправу БТА были обнаружены существенные отклонения от характеристик, указанных в техническом задании.

Парабола пустила процесс по кругу

«Качество поверхности зеркала оценивается несколькими параметрами, основные из которых — шероховатость и соответствие параболической форме,— говорит господин Кудрявцев.— ЛЗОС блестяще справился со снижением шероховатости поверхности зеркала. Если у второго зеркала БТА она составляет 20 нанометров, то у отреставрированного всего один нанометр. А вот с формой зеркала возникли проблемы».

Замдиректора САО РАН Дмитрий Кудрявцев фотографирует распаковку отреставрированного зеркала БТА

Фото: Юлия Бычкова, Коммерсантъ

Исходя из технического задания, среднеквадратичное отклонение от идеального параболоида должно было составлять не более 95 нанометров. В реальности этот параметр оказался на уровне 1 микрона, что в десять раз хуже требуемого значения.

Проблемы с отреставрированным зеркалом стали понятны практически сразу после его установки летом 2018 года. Уже тогда было решено вернуть только что замененное второе зеркало. Но коллектив обсерватории был вымотан предыдущей заменой, к тому же проводить эту многомесячную процедуру можно только в теплое время года.

БТА запустили в эксплуатацию с некачественным зеркалом, по возможности откорректировав имеющиеся недостатки с помощью механических систем. Из-за нестабильной и в целом плохой фокусировки на нем невозможно было вести фотометрические наблюдения. Другие научные программы на БТА выполнялись, но с потерей эффективности.

Возвращение прежнего зеркала начали 3 июня 2019 года. В сентябре велись тестовые наблюдения и окончательная настройка телескопа. С октября БТА вернулся к полноценной работе. На операцию потратили 5 млн руб.

Мы довольны тем, как прошло возвращение старого зеркала. Оно прекрасно встало в оправу, качество изображений на лучшем уровне. Пока будем работать так»,— заверил “Ъ” директор САО РАН.

Кто виноват и что делать

Совместная комиссия САО РАН, ЛЗОС и НПО ОПТИКА признала отреставрированное зеркало не соответствующим техническому заданию и нуждающимся в доработке. Формальная причина — отсутствие на заводе стационарной оправы и ошибки компьютерного моделирования.

В советское время первое зеркало полировалось в настоящей оправе телескопа, которая затем была перевезена с ЛЗОС на Кавказ и установлена на БТА. Для полировки второго зеркала на заводе был создан прототип оправы — ее упрощенная дешевая копия.

Когда в 2004 году РАН приняла решение реставрировать первое зеркало, проект предполагал создание новой имитации оправы. Старая в 2007 году была утилизирована.

И тут возникли проблемы с финансированием — на создание копии оправы БТА денег не оказалось. Тогда специалисты решили, что в ХХI веке возможна полировка зеркала не в жесткой оправе, а с помощью компьютерного моделирования.

При выполнении контрольных замеров зеркало поддерживалось стальной лентой. Происходящая при этом деформация стекла моделировалась, проверялась экспериментально и учитывалась при корректировке работы полировального станка. Однако неоднородность стекла оказалась гораздо выше расчетной. В штатной оправе отреставрированное зеркало показало отклонение от заданной формы на порядок хуже ожидаемого.

Комиссия признала, что первое зеркало необходимо дополировать в имитации оправы БТА. Пока оно хранится в Нижнем Архызе. Сколько будет стоить повторение процесса и будет ли он проведен вновь, пока неизвестно. По словам представителя завода Владимира Патрикеева, решение о восстановлении на ЛЗОС копии оправы не принято.

В потраченные 250 млн руб. входила не только переполировка зеркала, уточняет директор обсерватории Валерий Власюк. Комплекс работ включал также транспортировку зеркала для реставрации и обратно на БТА, модернизацию полировального станка и системы термоконтроля помещения на ЛЗОС, ремонт крана БТА, с помощью которого переставляются зеркала, обновление технических помещений телескопа и создание с нуля системы охлаждения зеркала.

«Все эти улучшения остались с нами и снизят стоимость дальнейших работ,— говорит господин Власюк.— Но пока у государства нет денег на продолжение работ по зеркалу. В начале нулевых САО РАН писала письма всем сильным мира сего, всем олигархам с просьбой помочь обновить БТА. И сейчас мы тоже готовы просить помощи у читателей “Ъ”, чтобы все-таки получить зеркало с улучшенными характеристиками».

https://www.kommersant.ru