Инфракрасная космическая обсерватория ( ISO ) — космический телескоп для инфракрасного излучения, разработанный и эксплуатируемый Европейским космическим агентством (ESA) в сотрудничестве с ISAS (теперь часть JAXA ) и НАСА . ISO был разработан для изучения инфракрасного света на длинах волн от 2,5 до 240 микрометров и работал с 1995 по 1998 год. [1]
Спутник стоимостью 480,1 миллиона евро был запущен 17 ноября 1995 года со стартовой площадки ELA-2 в Гвианском космическом центре недалеко от Куру во Французской Гвиане. Ракета -носитель , ракета Ariane 4 4P, успешно вывела ISO на высокоэллиптическую геоцентрическую орбиту , совершая один оборот вокруг Земли каждые 24 часа. Главное зеркало телескопа Ричи-Кретьена имело диаметр 60 см и охлаждалось до 1,7 К с помощью сверхтекучего гелия . На спутнике ISO было четыре прибора, которые позволяли получать изображения и фотометрию от 2,5 до 240 микрометров , а также спектроскопию от 2,5 до 196,8 микрометров.
ЕКА и Центр инфракрасной обработки и анализа предприняли усилия по улучшению конвейеров данных и специализированных программных инструментов анализа, чтобы обеспечить наилучшие методы калибровки и обработки данных в ходе миссии. IPAC поддерживает наблюдателей ИСО и пользователей архивов данных посредством визитов и семинаров.
В 1983 году американо-голландско-британский IRAS открыл космическую инфракрасную астрономию , выполнив первый в истории «обзор всего неба» в инфракрасных длинах волн . На полученной карте инфракрасного неба было указано около 350 000 инфракрасных источников, ожидающих исследования преемниками IRAS. В 1979 году IRAS находился на продвинутой стадии планирования, и ожидаемые результаты от IRAS привели к тому, что в том же году ЕКА сделало первое предложение по ISO. Благодаря быстрому совершенствованию технологии инфракрасных детекторов ISO должна была обеспечить подробные наблюдения примерно 30 000 инфракрасных источников со значительно улучшенной чувствительностью и разрешением . ISO должна была обеспечить в 1000 раз лучшую чувствительность и в 100 раз лучшее угловое разрешение на расстоянии 12 микрометров по сравнению с IRAS.
Ряд последующих исследований привел к выбору ISO в качестве следующего проекта научной программы ЕКА в 1983 году. Затем последовал призыв к научному сообществу провести эксперименты и предложения ученых , что привело к выбору научных инструментов в 1985 году. Четыре выбранных инструмента были разработаны группами исследователей из Франции, Германии, Нидерландов и Великобритании.
Проектирование и разработка спутника начались в 1986 году, когда космическое подразделение Aérospatiale (в настоящее время поглощенное Thales Alenia Space ) возглавило международный консорциум из 32 компаний, ответственных за производство , интеграцию и испытания нового спутника. Окончательная сборка прошла в Каннском космическом центре Манделье .
Базовая конструкция ISO находилась под сильным влиянием конструкции ее непосредственного предшественника. Как и IRAS, ISO состояла из двух основных компонентов:
Модуль полезной нагрузки также имел конический солнцезащитный козырек, предотвращающий попадание постороннего света в телескоп, и два больших звездных трекера . Последние входили в состав подсистемы управления ориентацией и орбитой (AOCS), обеспечивающей трехосную стабилизацию ISO с точностью наведения в одну угловую секунду . В ее состав входили датчики Солнца и Земли, уже упомянутые звездные трекеры, квадрантный звездный датчик на оси телескопа, гироскопы и реактивные колеса . Дополнительная система управления реакцией (RCS), использующая гидразиновое топливо , отвечала за направление орбиты и точную настройку вскоре после запуска . Полный спутник весил чуть менее 2500 кг, имел высоту 5,3 м, ширину 3,6 м и глубину 2,3 м.
Сервисный модуль содержал всю теплую электронику , бак с гидразиновым топливом и обеспечивал до 600 Вт электроэнергии с помощью солнечных батарей, установленных на солнечной стороне солнцезащитного козырька, установленного на сервисном модуле. В нижней части служебного модуля находился несущий кольцеобразный физический интерфейс для ракеты-носителя.
Криостат модуля полезной нагрузки окружал телескоп и научный инструмент большим дьюаром , содержащим тороидальный резервуар , загруженный 2268 литрами сверхтекучего гелия. Охлаждение за счет медленного испарения гелия удерживало температуру телескопа ниже 3,4 К, а научных инструментов - ниже 1,9 К. Эти очень низкие температуры были необходимы для того, чтобы научные инструменты были достаточно чувствительными для обнаружения небольшого количества инфракрасного излучения космических источников. Без такого сильного охлаждения телескоп и инструменты видели бы только свои собственные интенсивные инфракрасные излучения , а не слабые издалека.
Телескоп ISO был установлен на центральной линии дьюара, рядом с нижней частью тороидального резервуара с гелием. Это был тип Ричи-Кретьена с эффективным входным зрачком 60 см, соотношением фокусных расстояний 15 и результирующим фокусным расстоянием 900 см. Для обеспечения гарантированной чувствительности научных приборов был необходим очень строгий контроль за рассеянным светом, особенно от ярких инфракрасных источников вне поля зрения телескопа . Комбинация светонепроницаемых экранов, перегородок внутри телескопа и солнцезащитного козырька наверху криостата обеспечила полную защиту от постороннего света. Более того, ISO было запрещено проводить наблюдения слишком близко к Солнцу, Земле и Луне; все основные источники инфракрасного излучения. ISO всегда указывало от 60 до 120 градусов от Солнца и никогда не указывало ближе, чем на 77 градусов к Земле, на 24 градуса к Луне или ближе, чем на 7 градусов к Юпитеру . Эти ограничения означали, что в любой момент времени для ISO было доступно только около 15 процентов неба.
Зеркало пирамидальной формы за главным зеркалом телескопа распределяло инфракрасный свет на четыре инструмента, обеспечивая каждому из них участок в 3 угловых минуты из 20 угловых минут поля зрения телескопа. Таким образом, наведение другого инструмента на один и тот же космический объект означало перенаведение всего спутника ISO.
ISO имела набор из четырех научных инструментов для наблюдений в инфракрасном диапазоне:
Все четыре инструмента были установлены прямо за главным зеркалом телескопа по кругу, причем каждый инструмент занимал сегмент цилиндрического пространства под углом 80 градусов . Поле зрения каждого инструмента было смещено относительно центральной оси поля зрения телескопа. Это означает, что каждый инструмент «видел» разные участки неба в данный момент. В стандартном режиме работы один прибор находился в основной работе.
После очень успешной фазы разработки и интеграции ISO была наконец выведена на орбиту 17 ноября 1995 года на борту ракеты-носителя Ariane-44P. Характеристики ракеты-носителя были очень хорошими: апогей оказался всего на 43 км ниже ожидаемого. Центр космических операций ЕКА в Дармштадте в Германии полностью контролировал ISO в первые четыре дня полета. После раннего ввода в эксплуатацию основной контроль над ISO был передан Центру управления космическими аппаратами (SCC) в Виллафранке в Испании ( VILSPA ) на оставшуюся часть миссии. В первые три недели после запуска орбита была отрегулирована , все спутниковые системы были активированы и протестированы. Охлаждение криостата оказалось более эффективным, чем предполагалось ранее, поэтому ожидаемая продолжительность миссии была увеличена до 24 месяцев. С 21 по 26 ноября все четыре научных прибора были включены и тщательно проверены. С 9 декабря 1995 г. по 3 февраля 1996 г. проходил «Этап проверки работоспособности», посвященный вводу в эксплуатацию всех приборов и устранению проблем. Плановые наблюдения начались с 4 февраля 1996 года и продолжались до тех пор, пока 8 апреля 1998 года не закончился последний гелиевый теплоноситель.
Перигей орбиты ISO находился внутри радиационного пояса Ван Аллена , что вынуждало научные инструменты отключаться на семь часов во время каждого прохода через радиационный пояс. Таким образом, для научных наблюдений оставалось 17 часов на каждой орбите. Типичную 24-часовую орбиту ISO можно разбить на шесть этапов:
В отличие от IRAS, на борту ISO не записывалось никаких научных данных для последующей передачи на землю. Все данные, как научные, так и хозяйственные, передавались на землю в режиме реального времени. Точка перигея орбиты ISO находилась ниже радиогоризонта центров управления полетами как в VILSPA, так и в Голдстоуне, что вынуждало отключать научные инструменты в перигее.
В 07:00 UTC 8 апреля 1998 года диспетчеры полета VILSPA заметили повышение температуры телескопа. Это был явный признак того, что запасы сверхтекучего гелиевого теплоносителя исчерпаны. В 23:07 по всемирному координированному времени того же дня температура научных инструментов поднялась выше 4,2 К, и научные наблюдения были прекращены. Несколько детекторов инструмента SWS были способны проводить наблюдения при более высоких температурах и оставались в использовании еще 150 часов, чтобы выполнить подробные измерения еще 300 звезд . Через месяц после истощения теплоносителя был начат «Этап технологических испытаний» (TTP) для испытаний нескольких элементов спутника в нештатных условиях. После завершения TTP перигей орбиты ISO был достаточно опущен, чтобы гарантировать, что ISO сгорит в атмосфере Земли через 20–30 лет после остановки. Затем ISO было окончательно отключено 16 мая 1998 года в 12:00 по всемирному координированному времени.
В среднем ISO проводила 45 наблюдений на каждой 24-часовой орбите. За время своего существования , совершив более 900 витков, ISO выполнила более 26 000 успешных научных наблюдений. Огромные объемы научных данных, генерируемых ISO, подвергались обширной архивной деятельности вплоть до 2006 года. Полный набор данных доступен научному сообществу с 1998 года, и было сделано множество открытий, и, вероятно, еще больше впереди:
