В феврале 2025 года в российском сегменте Международной космической станции (МКС) завершилась отладка уникального рентгеновского фонового детектора СПИН-Х1-МВН, который разработчики с гордостью назвали «Монитор всего неба». Его создали в лаборатории физики высоких энергий Института космических исследований (ИКИ РАН) совместно с ракетостроительной корпорацией «Энергия» имени Королева, Центром подготовки космонавтов имени Гагарина и Центром управления космическими полетами. Монтировали аппаратуру все трое членов российского экипажа — Алексей Овчинин, Иван Вагнер и Алексей Горбунов.
Монитор был жестко зафиксирован на внешней обшивке МКС 19 декабря 2024 года и ориентирован строго к зениту. Все четыре объектива монитора смотрят вверх — по направлению от Земли. Угол обзора составляет 3.2° — полосу именно такой ширины аппарат «подметает» в небе во время каждого оборота МКС, длящегося около полутора часов. Поскольку орбита станции все время смещается, за 72 дня полного «кругосветного» цикла станции аппаратура успевает просмотреть весь небосклон за исключением очень небольших недоступных участков на полюсах эклиптики.
Поставленная разработчиками задача проекта — уточнение карты рентгеновского фона окружающего пространства в энергетическом диапазоне от 6 до 70 кэВ.
Как работает небесный монитор
Принцип работы прибора СПИН-Х1-МВН достаточно прост. Поля зрения каждого из четырех детекторов, выполненных из теллурида кадмия, периодически блокируются вращающимся экраном-обтюратором. Каждый чувствительный «глаз» смотрит в космос 30 секунд, а потом на то же время закрывается. Характеристика фона определяется как разница яркости в открытом и закрытом состоянии детектора. Показания четырех сенсоров накладываются друг на друга, формируя максимально точную итоговую картину.
Эксперимент рассчитан на три года: такой срок позволит накопить статистику и исключить влияние Солнца, мощных нейтронных звезд и всплесковых одноразовых источников рентгеновского излучения.
Еще во время первого тестового 15-минутного включения одного из детекторов 27 декабря 2024 года через поле зрения инструмента проходило Солнце. Это событие не только продемонстрировало возможность детектора фиксировать рентгеновское излучение Солнца и измерять его спектральные характеристики, но и наглядно показало, что обтюратор штатно работает и выполняет свою функцию в условиях интенсивного излучения.
Для калибровки детекторов предусмотрен специальный блок с изотопом америция (241Am), который механически выдвигается в поле зрения монитора и позволяет настраивать шкалу при ее сбоях.
Паразитный фон
После начала тестирования аппаратуры перед разработчиками встала проблема паразитного фона, с которым столкнулся МВН. Он обусловлен потоком высокоэнергетических заряженных частиц, основным источником которых является Солнце.
Экипаж станции и чувствительное оборудование достаточно успешно защищают магнитное поле Земли, однако в районе магнитных полюсов и так называемой Южно-Атлантической магнитной аномалии естественная защита ослабевает. Сейчас ученые прорабатывают варианты фильтрации паразитного излучения в зонах риска и помех, которые сам монитор наводит на себя.
Для наглядности на картах ниже демонстрируется интенсивность регистрируемого сигнала в зависимости от направления на небосклоне и от координат места на Земле, из которого наблюдался бы тот же район небесной сферы, который наблюдается с МКС.
На первой карте четко видно излучение нейтронной звезды Sco X-1. На второй очерчены контуры Южно-Атлантической аномалии, видны проходы поля зрения МВН через Sco X-1 около магнитных полюсов, особенно в районе Южного магнитного полюса.
Как устроен «монитор всего неба»
Комплект аппаратуры СПИН-X1-МВН состоит из внешнего защищенного модуля и внутреннего блока управления. Размеры «уличного» модуля — 940×661×425 мм, масса 51 кг. Он похож на небольшой холодильник. Внутренний блок гораздо компактнее. Габариты — 222×182×170 мм, масса 3,5 кг.
Ученые считают, что оборудование МВН продемонстрировало способность фиксировать воздействие заряженных частиц и фотонов и при этом отделять эти воздействия от инструментального фона прибора. Это позволяет наряду с решением основной задачи ставить и решать ряд сопутствующих задач, связанных с исследованиями Солнца, заряженных частиц, радиационной нагрузки на аппаратуру.
Монитор сейчас работает в штатном режиме, и уже через три года в руках российских ученых будет самая подробная «рентгенограмма» звездного неба.
Недавно внешнюю обшивку МКС проверили на наличие микробов. Бактерии тоже стремятся в космос!
