Цивилизация
Этот удивительный объект не упоминается ни в одном путеводителе по Армении, он отсутствует на туристических картах, да и от крупных дорог, с которых его можно было бы заметить, он находится далеко. Тем не менее зеркальный радиотелескоп Геруни поражает воображение своими размерами и смелостью научной мысли его создателя. Рукотворная металлическая чаша в искусственном кратере на склоне горы Арагац помнит те времена,
когда этот живописный уголок Армении был локальным центром фундаментальной и прикладной науки Советского Cоюза.
В 1957 году молодой советский физик Парис Геруни окончил факультет радиотехники Московского энергетического института, где под руководством знаменитого академика Котельникова разрабатывал, в частности, антенну для первого искусственного спутника Земли. Молодой инженер получил распределение в Армению, где в Бюраканской обсерватории только создавался отдел радиоастрономии. Тогда, в начале 1960-х годов, у него возникла идея создания принципиально нового типа радиотелескопа, отличающегося от привычной схемы полноповоротных параболических зеркал большей точностью наведения и возможностью работы на более коротких длинах волн. Сегодня параболические антенны — самые распространенные в мире, они служат для космической связи, для радиоастрономических наблюдений, крупнейший такой радиотелескоп «Грин-Бэнк» в США имеет длину 100 метров. Однако главный недостаток поворотных параболических антенн — необходимость вращать огромные металлические конструкции, которые сложно наводить с высокой точностью. При этом переменные ветровые, тепловые нагрузки и деформации под собственным весом усложняют работу на сантиметровых и миллиметровых волнах.
В отличие от парабол, сферические зеркала собирают лучи не в одной точке (фокусе), а на так называемой каустической поверхности. Поэтому в 1964 году Геруни предложил идею принципиально нового телескопа, где главное сферическое зеркало неподвижно,
а наведение на объект происходит путем перемещения вторичного зеркала вокруг центра сферы,
в его же фокусе и собирается принятое излучение от источника. В том же году физик защитил кандидатскую диссертацию, построив работающую модель такой антенны с диаметром главного зеркала пять метров, при помощи которой проводились радионаблюдения Солнца и Луны. Подтвердив работоспособность системы, ученый решил масштабировать ее конструкцию и построить 200-метровую сферическую антенну. Однако сделать это не удалось по финансовым причинам, да и к тому времени уже было принято решение о строительстве крупного радиотелескопа РАТАН-600 на Севером Кавказе в РСФСР.
Однако Геруни в первую очередь был радиоинженером, и известность ему принесла разработка метода измерения антенных параметров в раскрыве, то есть в так называемой ближней зоне. Это чисто прикладная и важная задача: военным, ученым и связистам важно знать и уметь определять важнейшие пространственные параметры антенн, грубо говоря, как распределяется поле излучения вблизи и вдали от их поверхности. Не зная этого, использовать антенны в качестве устройств для передачи и приема сигналов невозможно. Поэтому в 1968 году Госстандарт СССР создал в Ереване отдел радиофизических измерений крупнейшего в стране метрологического института (ВНИИФТРИ). А спустя три года он превратился во Всесоюзный НИИ радиофизических измерений, созданный специально под одного ученого — Париса Геруни. Так НИИ получил статус головного в СССР в области антенных измерений на сверхвысоких частотах, результаты работы которого не заставили себя долго ждать.
«Сейчас можно открыто говорить, что война во Вьетнаме была выиграна благодаря армянским радиофизикам,
создавшим автоматический комплекс измерений антенн ПВО. Ведь до этого из 20 американских самолетов наши военные сбивали максимум один, поскольку антенны радиолокаторов были, грубо говоря, косыми, — рассказывает кандидат технических наук Аревик Саргсян, племянница ученого. — Ситуация поменялась, когда наши комплексы измерений стали устанавливать для калибровки прямо на позициях ПВО во Вьетнаме. В этом мы опередили США лет на десять».
Сегодня Аревик преподает в Национальном политехническом университете Армении и ведет редкий для мировой практики вузов курс «Антенные измерения», продолжая развивать научную школу Геруни.
В 1970-е годы созданные в Армении автоматические комплексы измерений антенн стали поставляться на оборонные заводы, а их создатели получили Госпремию СССР. В 1970-е годы сбылась мечта Геруни: на склоне горы Арагац ему был выделен участок для создания Государственного эталонного центра по антенным измерениям. Сегодня здесь, в эталонном центре, хранятся первичные эталоны антенных измерений, единственные в СССР, СНГ и Европе.
Различные антенны сюда везли со всего Союза, чтобы исследовать их параметры в том числе так называемым облетным методом, размещая на вертолетах.
Уникальная ситуация: денег, поступающих от военных заказов, институт получал так много, что ученый смог осуществить вторую свою мечту
— постройку гигантского сферического радиотелескопа — без финансирования из Москвы. Правда, в размерах проект пришлось уменьшить — с 200 до 54 метров.
Строительство уникального телескопа началось в 1981 году, закончилось — в 1985-м. При помощи взрывов на краю естественного ущелья был сделан котлован, в нем выложена бетонная чаша.
В чашу вмурованы железные трубы, на краю каждой смонтированы 3,6 тыс. дюралевых щитов размером примерно 1х1 метр, которыми вымощено зеркало телескопа. Особую техническую сложность представляла собой полировка этих щитов, ведь от качества поверхности зависит прием радиоволн в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах.
Поэтому каждая панель зеркала была вручную отлита и обработана с точностью 70 микрон.
«Все производители подобных изделий в СССР отказались от заказа, так как отлить такие щиты без включений и воздушных пузырьков и хорошо обработать их было сложно. И тогда Геруни нашел мастера Григора с Канакерского алюминиевого завода. Для него сделали настоящую литейную, и он вручную изготовил нужные щиты», — рассказывает Аревик. Заданная гладкость поверхности обеспечивалась при помощи огромного карусельного и токарных станков, установленных здесь же. Затем из щитов собрали гигантское зеркало с небольшими зазорами в определенных местах для стекания воды. Под зеркалом установлены 30 калориферов, которые должны растапливать падающий в чашу снег.
Вторичное радиозеркало установлено внизу так называемого хобота, стоящего на трех опорах внутри главного зеркала. «Хобот» закреплен в шарнирном подвесе, расположенном в центре главного зеркала.
На верхний край «хобота» в качестве противовеса сначала планировали установить чугунную болванку. Но в какой-то момент конструктор подумал, почему бы не поставить туда оптическое зеркало. И его быстро нашли буквально рядом: в Бюраканской обсерватории лежало без дела второе зеркало от телескопа ЗТА диаметром 2,6 метра, которое установили на антенну вертолетом.
Так получился первый и единственный в мире радиооптический телескоп, способный смотреть в определенную точку неба одновременно в двух диапазонах.
Ось телескопа направлена не вертикально, а отклонена от зенита на 15 градусов. Это связано с единственным недостатком двухзеркальных сферических антенн — угол сканирования неба не равен 180 градусам. В случае РОТ-54 он равен всего 120 градусам, а при наведении на любой источник работают не все 54 метра, а лишь часть чаши диаметром 32 метра. Чтобы хоть как-то нивелировать этот недостаток, Геруни наклонил ось телескопа к югу, поскольку в южной части неба больше интересных астрономических радиоисточников. Впрочем, такая конфигурация позволяла телескопу фиксировать в радиодиапазоне и события, происходящие в ближнем космосе даже над югом Африки и над арктическими широтами.
Точная стоимость строительства составляла около 3,5 млн советских рублей, утверждается,
что аналогичный по параметрам параболический полноповоротный телескоп обошелся бы в десять раз дороже.
В 1987 году антенна была сдана в эксплуатацию, точность наведения телескопа составляла две угловые секунды. В ходе испытаний, проводившихся в конце 1980-х годов,осуществлялись измерения параметров антенны на длине волны 2 миллиметра, хотя допускалась возможность работы в субмиллиметровом диапазоне.
К неожиданным выводам Геруни пришел, сравнив собственные шумы антенны с температурой реликтового излучения. Это излучение температурой 2,7 Кельвина, пронизывающее всю Вселенную и являющееся отголоском Большого взрыва, было предсказано Георгием Гамовым и открыто Пензиасом и Вильсоном в 1965 году, за что они получили Нобелевскую премию. «Поскольку собственные шумы РОТ равны 2,6 Кельвина, то это доказывает, что во Вселенной нет остаточного излучения, что, в свою очередь, свидетельствует о том,
что во Вселенной не было никакого Большого взрыва»,
— написал ученый в одной из работ.
С распадом СССР деньги на содержание всесоюзных НИИ за пределами России выделяться перестали. Началась война в Карабахе, и в «темные» девяностые годы, как их называют в Армении, главной задачей было сохранение радиотелескопа.
Чуть позже принцип сферического зеркала Геруни применил,
начав строительство уникальной солнечной электростанции, остов которой до сих пор стоит рядом с РОТ-54.
Строительство велось на британские гранты, однако из-за патентных споров было прекращено. «Сейчас антенна РОТ-54 в работоспособном состоянии. Как и Ереван, она пережила Спитакское землетрясение благодаря горе Арагац, которая смогла удержать удар», — рассказывает Аревик, ведя нас в святая святых телескопа — здание пульта управления.
Все здания здесь проектировались одним архитектором, автором внутреннего убранства выступал сам академик Геруни, который видел в своем детище не просто инструмент познания Вселенной, но и символ человеческой цивилизации. Поэтому в помещении пульта управления на стене расположены панно с буквами армянского алфавита, табло с указанием солнечного, звездного времени, годы строительства телескопа по древнеармянскому календарю и создающий атмосферу таинства небесный глобус, на котором звезды обозначены полудрагоценным цирконом с размерами, соответствующими блеску звезд. Своим вращением глобус повторял вращение неба, при этом луч лазера указывал из центра в ту точку, куда в данный момент времени направлен телескоп.
Мистицизма здесь действительно хватает.
Уже после постройки телескопа выяснилось, что меридиан, идущий через его центр, проходит ровно под крестом стоящего через ущелье монастыря Тегер XIII века.
На территории полигона до сих пор стоят раннесредневековые стелы с изображением крестов, привезенные сюда Геруни, а у входа в здание пульта управления — оригинальные солнечно-лунные часы, созданные по его проекту (он их назвал «знающие часы»). Сегодня о том, что, сидя за пультом телескопа, попадаешь в прошлую доцифровую эпоху, напоминает старый пылящийся самописец с обрывком бумажной ленты. Хотя в 1980-е годы управление уже осуществлялось советскими компьютерами серии ЕС.
Несмотря на довольно долгую консервацию, сегодня антенну можно восстановить и использовать для наблюдений в сантиметровом диапазоне, а при дополнительной полировке — в миллиметровом, утверждает Аревик, ставшая главным хранителем радиотелескопа после смерти конструктора. Правда, для этого нужно обновить систему управления, провести комплексную юстировку, сменить устаревшие аналоговые датчики на цифровые, модернизировать систему обработки данных. Последний раз гигантский телескоп РОТ-54 включали в 2011 году.
Тогда же Национальный институт метрологии Армении решил законсервировать инструмент и искать инвесторов для его использования, так как у государства средств нет.
Один из проектов предполагает восстановление телескопа и создание на его основе центра международного учебно-научного центра, где могли бы стажироваться студенты-радиоастрономы из разных стран мира, развивался бы научный туризм. Однако сохранность уникальной антенны и возможность модернизации позволяют использовать ее как инструмент для изучения Вселенной, для чего она изначально и создавалась.
Радиооптический телескоп мог бы стать важным звеном международной сети радиотелескопов со сверхдлинной базой (РСДБ). Помимо этого, антенна вполне может быть использована в таких задачах, как дальняя космическая связь, радиолокация небесных объектов, управление космическими полетами и в качестве наземной инфраструктуры ГЛОНАСС. По подсчетам, на обновление инфраструктуры инструмента требуется около $25 млн.