Стратосферная обсерватория инфракрасной астрономии ( SOFIA ) представляла собой совместный проект НАСА и Немецкого аэрокосмического центра (DLR) [1] с соотношением 80/20 по созданию и обслуживанию воздушной обсерватории . В 1996 году НАСА заключило контракт на разработку самолета, эксплуатацию обсерватории и управление американской частью проекта с Ассоциацией космических исследований университетов (USRA). Управление осуществлял DSI (Немецкий институт SOFIA; немецкий : Deutsches SOFIA Institut ) . немецкие части проекта, которые были в основном связаны с наукой и телескопами. Телескоп SOFIA увидел первый свет 26 мая 2010 года. SOFIA стала преемницей Воздушной обсерватории Койпера . Во время 10-часовых ночных полетов он наблюдал небесные магнитные поля, области звездообразования, кометы, туманности и Галактический центр .
Научные полеты завершились после приземления 921-го и последнего полета ранним утром 29 сентября 2022 года. Боинг 747SP, на котором был установлен телескоп, сохранен и выставлен в Музее авиации и космонавтики Пима недалеко от Тусона. Аризона .
SOFIA была основана на Boeing 747SP , заводской укороченной версии широкофюзеляжного самолета , которая была модифицирована, чтобы включить большую дверь в хвостовой части фюзеляжа , которую можно было открыть в полете, чтобы обеспечить доступ к отражающему телескопу диаметром 2,5 м (8,2 фута). в небо. [2] Этот телескоп был разработан для инфракрасных астрономических наблюдений в стратосфере на высоте около 12 километров (41 000 футов). Возможности полета SOFIA позволили ей подняться почти над всем водяным паром в атмосфере Земли, что блокирует доступ некоторых инфракрасных волн к земле. На крейсерской высоте самолета было доступно 85% полного инфракрасного диапазона. Самолет также мог летать практически над любой точкой поверхности Земли, позволяя вести наблюдение из северного и южного полушарий.
Наблюдательные полеты совершались три-четыре ночи в неделю. Обсерватория SOFIA базировалась в Центре летных исследований НАСА Армстронг в региональном аэропорту Палмдейл , Калифорния, а Научный центр SOFIA базировался в Исследовательском центре Эймса в Маунтин-Вью, Калифорния.
СОФИЯ использует телескоп-рефлектор диаметром 2,5 м (8,2 фута) с увеличенным главным зеркалом диаметром 2,7 м (8,9 фута), как это обычно бывает с большинством больших инфракрасных телескопов. [3] В оптической системе используется конструкция отражателя Кассегрена с параболическим главным зеркалом и дистанционно настраиваемым гиперболическим вторичным зеркалом. Чтобы разместить телескоп в фюзеляже, основной форме было присвоено число f всего лишь 1,3, в то время как полученная оптическая схема имела f-число 19,7. Плоское третичное дихроичное зеркало использовалось для отклонения инфракрасной части луча к фокусу Нэсмита , где его можно было проанализировать. В качестве системы наведения камеры использовалось оптическое зеркало, расположенное за третичным зеркалом. [4]
Телескоп выглядывает из большой двери в левом борту фюзеляжа возле хвостовой части самолета и первоначально имел девять инструментов для инфракрасной астрономии на длинах волн от 1 до 655 микрометров (мкм) и высокоскоростной оптической астрономии на длинах волн от 0,3 до 1,1. мкм. Основными инструментами были FLITECAM, камера ближнего инфракрасного диапазона, охватывающая 1–5 мкм; ПРОГНОЗ, охватывающий средний инфракрасный диапазон 5–40 мкм; и HAWC, который охватывает дальнюю инфракрасную область диапазона 42–210 мкм. Остальные четыре прибора включают оптический фотометр и инфракрасные спектрометры с различными спектральными диапазонами. [5] Телескоп SOFIA был самым большим из когда-либо установленных на самолете. Для каждой миссии к телескопу прикреплялся один сменный научный инструмент. Имелись две группы инструментов общего назначения. Кроме того, следователь может спроектировать и изготовить инструмент специального назначения. 17 апреля 2012 года НАСА выбрало два обновления HAWC для увеличения поля зрения за счет новых матриц детекторов болометров с датчиками переходного края и добавления возможности измерения поляризации выбросов пыли из небесных источников. [6]
Открытая полость, в которой находился телескоп, подвергалась воздействию высокоскоростных турбулентных ветров. Кроме того, вибрация и движение самолета затрудняют наблюдение. Телескоп был спроектирован очень легким, с сотовой формой, выфрезерованной в задней части зеркала, и полимерным композитным материалом, используемым для сборки телескопа. Крепление включает в себя систему подшипников в масле под давлением для изоляции прибора от вибрации. Отслеживание осуществлялось с помощью системы гироскопов, высокоскоростных камер и двигателей с магнитным моментом для компенсации движения, включая вибрации от воздушного потока и двигателей самолета. [7] Кабина телескопа должна быть охлаждена перед взлетом самолета, чтобы обеспечить соответствие температуры телескопа внешней температуре и предотвратить термические изменения формы. Перед приземлением отсек заполняется азотом для предотвращения конденсации влаги на охлажденной оптике и приборах. [4]
DLR отвечала за всю сборку и конструкцию телескопа, а также за два из девяти научных инструментов, используемых с телескопом; За самолет отвечало НАСА. Производство телескопа было передано по субподряду европейской промышленности. Телескоп был немецкого производства; главное зеркало было отлито компанией Schott AG в Майнце, Германия, с легкими усовершенствованиями, а шлифовка и полировка выполнена французской компанией SAGEM -REOSC. Механизм вторичного зеркала на основе карбида кремния был изготовлен Швейцарским центром электроники и микротехнологий (CSEM). Отражающая поверхность была нанесена на зеркало на предприятии в Луизиане, но сейчас у консорциума есть предприятие по нанесению покрытия на зеркала в Моффетт-Филд , что позволяет быстро наносить новое покрытие на главное зеркало - процесс, который, как ожидалось, потребуется 1–2 раза в год. [8]
Самолет SOFIA представлял собой модифицированный Boeing 747SP . [9] Компания Boeing разработала версию 747 SP или «Special Performance» для полетов на сверхдальние расстояния, изменив конструкцию 747-100, удалив секции фюзеляжа и серьезно изменив другие для уменьшения веса, что позволило 747SP летать. выше, быстрее и дальше без остановок, чем любая другая модель Боинга 747 того времени. [14]
Boeing присвоил серийный номер 21441 планеру, который в конечном итоге стал SOFIA, вместе со строковым номером 306, что обозначило его как 306-й построенный Боинг 747. Первый полет этого самолета состоялся 25 апреля 1977 года, а компания Boeing передала его компании Pan American World Airways 6 мая 1977 года. Самолет получил свою первую регистрацию N536PA, и компания Pan Am передала его в коммерческое пассажирское обслуживание. [11] Pan Am назвала самолет в честь авиатора Чарльза Линдберга . По приглашению Pan Am вдова Линдберга Энн окрестила самолет Clipper Lindbergh 20 мая 1977 года, в 50-летие начала исторического перелета ее мужа из Нью-Йорка в Париж в 1927 году. [11]
United Airlines приобрела самолет у Pan Am 13 февраля 1986 года, и самолет получил новую регистрацию N145UA. Самолет также получил новую окраску без имени Линдберга. Самолет оставался в эксплуатации до декабря 1995 года, когда United Airlines разместила его на хранении недалеко от Лас-Вегаса. [15]
30 апреля 1997 года Ассоциация космических исследований университетов (USRA) приобрела у United самолет для использования в качестве воздушной обсерватории. 27 октября 1997 года НАСА приобрело самолет у USRA. [15] В том же году НАСА провело серию «базовых» летных испытаний перед какой-либо серьезной модификацией самолета компанией E-Systems (позже Raytheon Intelligence and Information Systems , затем L-3 Communications Integrated Systems из Уэйко, штат Техас ). Чтобы обеспечить успешную модификацию, компания Raytheon приобрела секцию от другого самолета 747SP, регистрационный номер N141UA, который в начале 1998 года был списан для использования в качестве полноразмерного макета . [16]
Начав работу в 1998 году, компания Raytheon спроектировала и установила дверь высотой 5,5 м (18 футов) (длина дуги) и шириной 4,1 м (13,5 футов) в задней левой части фюзеляжа самолета, которую можно было открыть в полете, чтобы получить доступ к телескопу. доступ к небу. Телескоп был установлен в хвостовой части фюзеляжа за гермопереборкой. Фокус телескопа расположен в наборе научных инструментов в герметичной центральной части фюзеляжа, поэтому часть телескопа проходит через гермопереборку. В центре самолета находилась секция управления полетами и научных операций, а в передней части размещалась зона образования и работы с общественностью. Открытый фюзеляж не оказывает существенного влияния на аэродинамику и летные качества самолета. [17]
По приглашению НАСА внук Линдберга, Эрик Линдберг, переименовал самолет в Клипер Линдберг 21 мая 2007 года, в 80-ю годовщину завершения трансатлантического полета Чарльза Линдберга. [18]
В декабре 2012 года самолет получил модернизированную стеклянную кабину экипажа, а также новые системы авионики и обновления программного обеспечения. [19]
28 апреля 2022 года проект объявил о снятии с эксплуатации самолета с 30 сентября 2022 года. Его 921-й и последний полет выполнялся над северной частью Тихого океана у побережья Калифорнии: взлет из Палмдейла и возвращение туда на посадку 7 часов и 57 минут спустя в 04:41 по тихоокеанскому времени (11:41 по всемирному координированному времени ). [20] [21] [22]
Последний полет самолета произошел 13 декабря 2022 года, когда самолет вылетел из Палмдейла и приземлился на базе ВВС Дэвис-Монтан , чтобы быть переданным в дар Музею авиации и космонавтики Пима , расположенному недалеко от Тусона, штат Аризона , где он был помещен. на экране. [23] [24] [25]
Первое использование самолета для проведения инфракрасных наблюдений произошло в 1965 году, когда Джерард П. Койпер использовал Воздушную обсерваторию Галилео НАСА для изучения Венеры. Три года спустя Фрэнк Дж. Лоу использовал обсерваторию Эймса Лирджета для наблюдений Юпитера и туманностей. [26] В 1969 году началось планирование установки телескопа диаметром 910 мм (36 дюймов) на воздушной платформе. Целью было проводить астрономические исследования из стратосферы , где оптическая глубина была гораздо меньшей из-за поглощения водяного пара инфракрасного излучения. Этот проект, названный Воздушно-десантной обсерваторией Койпера , был посвящен 21 мая 1975 года. Телескоп сыграл важную роль в многочисленных научных исследованиях, включая открытие системы колец вокруг планеты Уран. [27]
Предложение о более крупном телескопе, установленном на самолете, было официально представлено в 1984 году и предусматривало установку на Боинг 747 трехметрового телескопа. Предварительная концепция системы была опубликована в 1987 году в Красной книге . Было решено, что Германия внесет 20% от общей стоимости и предоставит телескоп. Однако воссоединение Германии и сокращение бюджета НАСА привели к пятилетнему падению проекта. Затем НАСА заключило контракт на выполнение работ с Ассоциацией университетских космических исследований (USRA), а в 1996 году НАСА и Немецкий аэрокосмический центр (DLR) подписали меморандум о взаимопонимании по созданию и эксплуатации SOFIA. [28]
Главное зеркало телескопа SOFIA имело диаметр 2,5 метра и было изготовлено из Zerodur , стеклокерамического композита производства Schott AG , который практически не имеет теплового расширения . REOSC, оптическое подразделение группы SAGEM во Франции, уменьшило вес, выфрезеровав сзади карманы в форме сот. Они закончили полировку зеркала 14 декабря 1999 года, достигнув точности 8,5 нанометров (нм) по оптической поверхности. [29] Вторичное зеркало в форме гиперболы было изготовлено из карбида кремния , полировка которого была завершена к маю 2000 года. [4] В 2002 году основные компоненты телескопа были собраны в Аугсбурге , Германия. Они состояли из узла главного зеркала, основной оптической опоры и узла подвески. После успешных интеграционных испытаний для проверки системы компоненты были отправлены в Уэйко, штат Техас , на борту самолета Airbus Beluga . Они прибыли 4 сентября 2002 года. [30] SOFIA завершила свое первое наземное испытание «на небе» 18–19 августа 2004 года, сделав снимок звезды Полярная звезда . [31]
Реализация проекта была еще больше отложена в 2001 году, когда три субподрядчика, которым было поручено разработать дверь телескопа, последовательно обанкротились. United Airlines также объявила о банкротстве и вышла из проекта в качестве оператора самолета. Телескоп был перевезен из Германии в США, где в 2004 году его установили на планер и провели первоначальные наблюдения с земли. [7]
В феврале 2006 года, после увеличения стоимости со 185 миллионов долларов до 330 миллионов долларов, [32] НАСА поместило проект «на рассмотрение» и приостановило финансирование, исключив проект из своего бюджета. 15 июня 2006 г. SOFIA прошла проверку, когда НАСА пришло к выводу, что не существует непреодолимых технических или программных проблем для дальнейшего развития SOFIA. [33] [34]
Первый полет SOFIA состоялся 26 апреля 2007 года на объекте L-3 Integrated Systems (L-3 IS) в Уэйко, штат Техас. [35] После краткой программы испытаний в Уэйко с целью частичного расширения диапазона полета и выполнения проверок после технического обслуживания, самолет 31 мая 2007 года был перевезен в Летно-исследовательский центр НАСА Армстронг на базе ВВС Эдвардс . На первом этапе нагрузочных и летных испытаний проверялись характеристики самолета при закрытой дверце внешней полости телескопа. Этот этап был успешно завершен к январю 2008 года в Центре летных исследований Армстронга НАСА. [36]
18 декабря 2009 года самолет SOFIA совершил первый испытательный полет, в котором дверь телескопа была полностью открыта. Эта фаза длилась две минуты из 79-минутного полета. Телескоп SOFIA увидел первый свет 26 мая 2010 года, вернув изображения, показывающие ядро M82 и тепло от образования Юпитера, выходящее через его облачный покров . [37] Первые «рутинные» научные наблюдательные полеты начались в декабре 2010 года [13] , а полную мощность обсерватории планировалось вывести к 2014 году, совершая около 100 полетов в год. [7] [36]
С 2011 года миссии SOFIA выбирались среди нескольких предложений. Успешные миссии были запланированы в соответствии с годовыми циклами, причем первый цикл соответствовал 2013 году. В течение каждого цикла самолеты и инструменты использовались несколькими различными миссиями. [38]
В десятилетнем астрофизическом исследовании 2020-х годов НАСА рекомендовало прекратить операции SOFIA к 2023 году. «Комитет по исследованию испытывает серьезные опасения по поводу SOFIA, учитывая ее высокую стоимость и умеренную научную продуктивность», - говорится в отчете. [39]
Основными научными задачами SOFIA было изучение состава атмосфер и поверхностей планет ; исследовать строение, эволюцию и состав комет ; определить физику и химию межзвездной среды ; и исследовать образование звезд и других звездных объектов. В то время как эксплуатацией самолетов SOFIA управляло НАСА Драйден, в Исследовательском центре Эймса НАСА в Маунтин-Вью, штат Калифорния, находится Научный центр SOFIA, который будет управлять планированием миссий по программе. [7] 29 июня 2015 года карликовая планета Плутон прошла между далекой звездой и Землей , оставив тень на Земле недалеко от Новой Зеландии , что позволило SOFIA изучить атмосферу Плутона . [40]
В начале 2016 года SOFIA впервые за 40 лет обнаружила атомарный кислород в атмосфере Марса . [41] В начале 2017 года наблюдения за Церерой-1 в среднем инфракрасном диапазоне помогли определить, что большой астероид/карликовая планета покрыта слоем астероидной пыли от других тел. [42] В июле 2017 года SOFIA наблюдала затмение звездой далекого объекта пояса Койпера 486958 Аррокот , в то время как наземные обсерватории провалили это наблюдение, готовя зонд «Новые горизонты» , посещающий этот астероид.
София также использовалась для астробиологических миссий, в которых основное внимание уделялось, среди прочего, наблюдению новых планетных систем и обнаружению сложных молекул. [43]
В октябре 2020 года астрономы сообщили об обнаружении молекулярной воды на освещенной солнцем поверхности Луны несколькими независимыми космическими аппаратами, в том числе Стратосферной обсерваторией инфракрасной астрономии (SOFIA). [44] [45] [46] [47]
SOFIA с самого начала была разработана для поддержки энергичных усилий по просвещению и информированию общественности, которые могут в течение запланированного 20-летнего срока действия миссии напрямую привлечь более тысячи преподавателей всех типов - учителей K-12 , преподавателей научных музеев и планетариев, а также специалисты по связям с общественностью — в качестве партнеров ученого и через этих педагогов охватить сотни тысяч людей по всей стране. [48]
«Шесть» SOFIA были первой группой преподавателей, отобранных в Соединенных Штатах для участия в «Пилотной» программе SOFIA AAA, и прилетели летом 2011 года. В Германии существует отдельный процесс подачи заявок, но этим летом также прилетели два учителя. [49] Команды преподавателей и их заместители были отобраны в ходе высококонкурентного процесса подачи заявок. НАСА и DLR (Немецкое космическое агентство) отобрали преподавателей из самых разных слоев общества, и их учреждения включали школу для глухих, альтернативный образовательный центр (с нарушениями в развитии), группы учащихся с низким уровнем обслуживания, сельские школы и школу для коренных американцев. . Со времени «пилотного» цикла программа AAA обслужила более 20 команд и сейчас находится на этапе 5-го цикла. [48] [50]
Актриса «Звездного пути» Нишель Николс летела на борту «СОФИИ» 17 сентября 2015 года. [51]
Серийный номер производителя: 21441 Номер строки: 306
Компания Boeing также построила 747-100SP (специальные характеристики), который имел укороченный фюзеляж и был предназначен для беспосадочных полетов выше, быстрее и дальше, чем любая модель 747 того времени.
13.02.1986 Купил N536PA United
{{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )
