Радиотелескоп
обсерватории "Бадары"

(Изображение с Web-камеры можно увидеть, используя программы Netscape, Firefox или Mozilla)

Радиоастрономическая обсерватория "Бадары"

   
 
Заведующий Иркутским отделом
Олифиров Валерий Григорьевич


ovg@ipa.nw.ru


Радиоастрономическая обсерватория "Бадары" - третья из трех наблюдательных пунктов радиоинтерферометрической сети "Квазар-КВО", который был в 2005г. принят в опытную эксплуатацию. 1-2 марта 2007 года состоялся первый сеанс обсератории "Бадары" в составе международной РСДБ сети IVS.
Радиоастрономическая обсерватория "Бадары" расположена в Республике Бурятия ( φ=51°46′, λ=102°14′, h=813m )

Фотографии обсерватории

Панорама обсерватории


640x480


640x480


1024x800


640x480


1024x800
Основным элементом радиоастрономической обсерватории является полноповоротный прецизионный радиотелескоп с диаметром главного зеркала 32м., который во многих отношениях является оптимальным при осуществлении астрометрических и геодинамических наблюдательных программ.

Антенна радиотелескопа построена по модифицированной схеме Кассегрена с главным квазипараболическим зеркалом с фокусным расстоянием 11,4 м и вторичным зеркалом - контррефлектором, представляющим собой модифицированный гиперболоид диаметром 4м и имеющим одну плоскость симметрии. В отличие от радиотелескопа радиоастрономической обсерватории "Светлое" радиотелескоп обсерватории "Бадары" не имеет азимутальной кабины.

Вторичная система с контррефлектором
1. Вторичное зеркало-контррефлектор. 2. Подвеска контррефлектора.
Подвеска контррефлектора дает возможность перемещать его по трем осям - двум в плоскости симметрии, параллельной раскрыву зеркала, одной - вдоль оси главного зеркала, а также вращать его вокруг фокальной оси. Несимметричное вторичное зеркало фокусирует принимаемое излучение в стороне от электрической оси антенны, и при его вращении фокальная точка описывает окружность. На этой окружности располагаются рупорные облучатели для разных длин волн, и, таким образом, быстрый переход с одной волны на другую осуществляется простым поворотом вторичного зеркала на заданный угол.
Рупора герметизированы радиопрозрачной пленкой и внутри них поддерживается небольшое избыточное давление сухого воздуха, подаваемого устройством воздухонаполнения, размещенном в надзеркальной кабине радиотелескопа.

Раскрывы рупорных облучателей
1. 6.2 см, 1.35 см 2. 18-21 см 3. 13/3.5 см
Электропривод контррефлектора
Стойка воздухонаполнения
БР5.833.015
Движение антенны по азимуту осуществляется по рельсовому кольцевому пути диаметром 40 метров. В соответствии с этим ходовая часть азимутального привода выполнена в виде дискретно-фрикционной многоприводной системы, состоящей из четырех спаренных ходовых тележек. Движение антенны по углу места осуществляется с помощью зубчатого венца.
Зубчатый венецХодовая тележка азимутального вращения
Движение антенны по азимуту и углу места обеспечивается двумя группами приводов - приводом большой скорости, предназначенным для быстрого переброса антенны с одного радиоисточника на другой, а также для наблюдений быстро движущихся радиоисточников и приводом малой скорости, который позволяет осуществлять программное сопровождение радиоисточников с высокой точностью. Приводы расположены в специальной кабине, расположенной в помещении кабельной петли.
Помещение кабельной петли Электроприводы азимутального и угломестного вращения
1. Шкаф защиты двигателей 2. Стойки тиристорных преобразователей 3. Стойка возбуждения двигателей
4. Автоматика системы наведения 5. Автоматика системы наведения контррефлектора

Основные механические характеристики антенны
Диапазон скоростей: 
по углу местаот 0º до 1º в секунду
по азимутуот 0º до 1.6º в секунду
Диапазон ускорений: 
по углу места не более 0.8º/сек2
по азимуту не более 0.8º/сек2
Пределы поворота: 
по углу местаот -1.5º до +91º
по азимуту от +270º до - 270º
Рабочее состояние при скорости ветра до 20 м/сек

Отсчетными устройствами угловых координат при наведении антенны являются индуктосины, размещенные на валах подшипников угломестного и азимутального вращения. Соосно с колонной азимутальных индуктосинов находится оголовок закрепленной в земле сваи, фиксирующий центр вращения радиотелескопа - его геодезический центр.





"Блок" отсчетных устройств азимутального вращения
1. Колонна индуктосина 2-3. Индуктосины - рабочий и резервный 4. Оголовок центральной сваи
Цифровая система контроля и управления радиотелескопом, разработанная на базе компьютерных плат Octagon и Fastwell с программным обеспечением в операционной среде Linux, обеспечивает наблюдения медленных (естественных) и быстрых (искусственных) радиоисточников с точностью не хуже 2 секунд дуги. Цифровая система реализует алгоритм управления ("ПИД-алгоритм"), благодаря которому радиотелескоп с массой более 700 тонн движется энергично и без заметных автоколебаний системы.

Рабочая станция контроля и управления
Основным аппаратным средством радиотелескопа, обеспечивающим его чувствительность по потоку, является высокочувствительный криогенный приемный СВЧ-комплекс. Он представляет из себя пять двухканальных (правой и левой поляризаций) приемных устройств на волны 1.35см., 3.5см., 6.2см., 13см. и 18-21см. Для высокоточных позиционных наблюдений в радиоинтерферометрическом режиме используются приемники на волны 3.5см и 13см (X- и S-диапазоны). В этих диапазонах осуществляется одновременный прием с помощью совмещенного облучателя в виде синфазного биконического рупора.

Приемники на волны 6.2 см и 1.35 см

Приемники на волны
3.5 см и 13 см

Приемник на волны
18 - 21 см
Для реализации низких шумовых температур системы "радиотелескоп-радиометр" усилительные устройства приемников всех диапазонов располагаются в криостате и охлаждаются до температуры 20 К ("водородный уровень"). Для криостатирования усилителей используются двухступенчатые микрокриогенные системы замкнутого цикла, расположенные в кабине компрессорных установок. В вакуумной полости криостата, помимо собственно усилителей, выполненных на НЕМТ-транзисторах, расположена часть входных трактов (поляризаторы, анализаторы и вентили), что позволяет снизить шумовую температуру приемников практически до предельно низкого уровня. Шумовые температуры приемных устройств на фланцах криоблока составляют от 8 К на волнах 21/18 см и 6 см до 20 К на волне 1.35 см.

Газораспределительные панели МКС

Компрессоры МКС

Панель управления МКС

В надзеркальной кабине размещена коммутационная матрица, на входе которой подключены 10 радиочастотных кабелей промежуточной частоты от 5 приемников (с левой и правой поляризациями), а на выходе - 4 канала промежуточной частоты, позволяющие передавать сигналы X- и S-диапазона или других диапазонов в двух поляризациях через коммутационный шкаф в пультовой обсерватории.

Коммутационная матрица Коммутационный шкаф

Система частотно-временной синхронизации разработана как единая интегрированная система и состоит из: Шкала времени обсерватории формируется при помощи прибора Ч7-37, который синхронизируется высокостабильным сигналом 5 МГц от водородного стандарта частоты. Для контроля расхождения местной шкалы времени (T обсерватории) и UTC используется GPS/ГЛОНАСС приемник типа ПС161 (производства РИРВ).

Помещение эталона времени и частоты 1. Буферные усилители опорных сигналов 5 МГц
2. Водородные стандарты времени и частоты

ПС-161- приемник синхронизирующий
спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS

Приемный СВЧ комплекс диапазона 13/3.5 см
1. Термостат с пикосекундным генератором  2. Совмещенный гетеродин 2.02/8.08 ГГц

Антенный блок генератора
пикосекундных импульсов

Коаксиальные кабели для передачи сигналов промежуточной частоты, опорных сигналов времени и частоты, а также кабели сигналов управления расположены в кабельном канале.
Кабельный канал
Кабельный канал соединяет радиотелескоп с помещением стандарта времени и частоты и пультовой обсерватории, которые расположены в лабораторном корпусе.
Система преобразования, форматирования и регистрации радиометрических и радиоинтерферометрических сигналов работает в базовой полосе промежуточных частот 100-1000 МГц.
Радиометрический модуль, содержащий четыре измерительных канала, соединенных через многоканальный аналого-цифровой преобразователь напряжения с процессором управления, дает возможность проводить точные радиометрические измерения одновременно в двух диапазонах частот по двум поляризациям радиоизлучения. Модуль работает как в модуляционном радиометрическом режиме, так и в режиме компенсационной радиометрии, совместимом с радиоинтерферометрическими наблюдениями.


Четырехканальный радиометрический модуль
Регистрация сигналов в радиоинтерферометрическом режиме обеспечивается системой записи, Mark5B+ на магнитные диски (Mark5B+ - 2Гбит/c). В обсерватории используется отечественная система преобразования сигналов Р1002М, промышленный образец которого был настроен и испытан в 2011 г.
Общий вид стоек с аппаратурой преобразования и регистрации сигналов в обсерватории "Бадары".
I. Стойка преобразования сигналовII. Стойка выходных устройствIII. Стойка СЧВС.
1. 14-ти канальная система преобразования сигналов;
2. Блок квантователей.
1. Блок сетевой коммутации приемников;
2. ПК управления ПРМ;
3. Регистратор RDR;
4. Устройство сопряжения;
5. Mark 5B+;
6. Спектрометр радиометрический 2-х канальный;
7. Выходное устройство 4=х канальный ПРМ;
8. Коммутатор ПЧ.
1. Анализатор спектра ПЧ;
2. Анализатор спектра-видеоконтроль сигналов фазовой калибровки;
3. Распределитель секунды 1PPS;
4. Измерители временных интервалов (2 шт.);
5. Синхрометр Ч7-37-шкала времени обсерватории;
6. Фазовый компаратор;
7. Распределительный усилитель опорного сигнала 5 МГц.

Пультовая обсерватории
1. Консоль оператора. 2. Field System.
Электроснабжение обсерватории осуществляется по двум независимым высоковольтным линиям 10 кВ. В качестве резервных источников электропитания для поддержки стандарта времени и частоты, компрессорных установок малощумящего приемного СВЧ-комплекса, информационно-телекоммуникационных систем и пожарно-охранной сигнализации используются:
— источник бесперебойного питания (ИБП) GALAXY 3000 с батареей на 33 минуты автономной работы мощностью 30 кВА (Франция, фирма MGE);
— дизель-генераторные установки:
-на мощность 20 кВА (полностью автоматизированная установка "Вепрь")
-на мощность 50 кВА



ИБП GALAXY 3000 Дизель-генератор "Вепрь"

На обсерватории в 1991 г. была установлена аппаратура DORIS (Beacon model 1.0) с антенной Alcatel. В том же году пункт (BADA) был включен в международную сеть DORIS-станций (в настоящее время глобальная сеть IDS - International DORIS Service). В августе 2004 г. на пункте произведена замена аппаратуры DORIS на Beacon model 3.0 с антенной Starec 52291 (пункт BADB в сети IDS). Антенна с круговой диаграммой направленности излучает модулированные радиосигналы на двух несущих частотах (2036.25 и 401.25 МГц), прием и предварительная обработка которых производится на спутниках системы DORIS. Блок передатчика через последовательный интерфейс RS 232 подключен к компьютеру, который используется для контроля работы блока и считывания метеопараметров.


Антенна DORIS.Аппаратный блок DORIS и его электропитание

Для получения метеоданных в реальном масштабе времени используется автоматическая цифровая метеостанция WXT510 (Vaisala), содержащая каналы измерения скорости ветра V и его направления D, температуры воздуха t, относительной влажности воздуха Hu и атмосферного давления Р. Датчики метеостанции установлены на высоте 15м от земли, что позволяет избежать ошибок в измерении скорости ветра в связи с изменением температуры и влажности вблизи поверхности земли. Автоматическая метеостанция подключена к отдельному компьютеру, с помощью которого проводится автоматическая обработка измеряемых метеопараметров, выведение их на панель оператора и ведение базы метеоданных



Наружный блок автоматической метеостанции.

Диапазоны и погрешности измерений метеоданных

Характеристика V, м/с D, град t, град С Hu, % P,мм. рт. ст.
Диапазон 0÷60 0÷360 -50÷+60 0÷100
Погрешность ±0.3 ±2 ±0.3 ±3 ±0.4

На обсерватории с 2005 г. ведутся постоянные GPS-наблюдения, а с начала 2010 г. - GPS/ГЛОНАСС-наблюдения. Приемная антенна расположена на геодезическом столбе типового проекта, установленном на крыше лабораторного корпуса. До апреля 2010 г. GPS-наблюдения проводились с приемником SR520 фирмы Leica Geosystems, а в настоящее время с совмещенным GPS/ГЛОНАСС-приемником Delta-G3T и антенной RingAnt-DM, типа Dorne-Margolin/Choke Ring, фирмы Javad GNSS. Антенна имеет радиопрозрачный колпак (радомом) конусообразной формы. Приемник Delta-G3T обеспечивает фазовые и кодовые измерения на частотах L1, L2 и L5 одновременно по всем находящимся в зоне видимости (режим "all in view") спутникам навигационных систем ГЛОНАСС и GPS, а в перспективе - и системы Galileo. Приемник подключен к водородному стандарту частоты обсерватории (5 МГЦ). Для управления приемником используется программа PC-View, которая контролирует процесс наблюдений, автоматически каждый час выгружает из приемника файлы наблюдений и конвертирует их в RINEX-формат. Файлы наблюдений архивируются и отправляются в центр анализа данных ИПА РАН. Приемник Delta-G3T оснащен интерфейсами RS-232 и USB, имеет выход 1 PPS (для синхронизации шкал времени) и вход Event marker (маркер событий).

GPS/ГЛОНАСС - антенна

GPS/ГЛОНАСС - приемник

Одним из важнейших инструментов обсерватории "Бадары" является квантово-оптическая система (КОС) "Сажень-ТМ-БИС" производства ОАО "НПК "СПП". КОС установлена в обсерватории в июле 2011 г и предназначена для получения высокоточных данных, необходимых для определения параметров вращения Земли и геоцентра посредством определения дальности и угловых координат геодезических и навигационных космических аппаратов (Lageos 1, Lageos 2, ГЛОНАСС и т.д.).
Общий вид лазерного дальномера "Сажень-ТМ-БИС" Опорно-поворотное устройство

Основные технические характеристики КОС "Сажень-TM-БИС"
Высоты лоцируемых спутников: 
– дневное время 400-6000 км
– ночное время 400-23000 км
Апертура оптической системы25 см
Длина волны 532 нм
Частота импульсов 300 Гц
Длительность импульса 150 пс
Энергия импульса 2.5 мДж
Масса 170 кг
Точность нормальных точек 1 см
Точность угловых измерений 1-2"
Расходимость лазерного луча 5"

Составные части КОС расположены как в операторской, так и в специально возведённом укрытии. Укрытие представляет собой 16-футовый купол производства фирмы "AstroHaven" установленный на цоколь высотой 3 метра. Посередине укрытия, на развязанном фундаменте, установлен бетонный пилон. В пилон вмонтирована закладная деталь, на которую установлено опорно-поворотное устройство (ОПУ). На ОПУ крепятся приемо-передающий объектив, объектив гида с ночной камерой, лазерный излучатель, голографический фильтр и т.д. На стенке цоколя установлена мачта к которой крепятся метеостанция и две антенны ГЛОНАСС/GPS приёмников.
Мачта с метеостанцией и антеннами ГЛОНАСС/GPS приёмников
В операторской установлены две стойки с оборудованием КОС, три монитора и органы управления. В первой стойке размещены компьютеры системы наведения (СН) и телевизионного автомата (ТВА), блок управления приводами, приёмники ГЛОНАСС/GPS, источник бесперебойного питания. Во второй стойке расположены компьютер системы измерения дальности (СИД), блок накачки лазера, блоки управления камерами и оптическими элементами, источник бесперебойного питания.
Рабочее место оператора
Радиометр водяного пара (РВП) предназначен для измерения яркостной температуры (Я.т.) излучения атмосферы на двух частотах К и Ка диапазона длин волн.
По результатам измерений проводится оценка параметров нижних слоёв: влажностной компоненты тропосферной задержки(ВТЗ) распространения радиосигнала, интегрального влагосодержания(кг/м2) и водосодержания (кг/м2) на луче зрения антенны. РВП работает круглосуточно и выдаёт данные о параметрах тропосферы с задержкой не более пяти минут и разрешением до 10 с. (Данные наблюдений доступны здесь.)
В настоящее время в обсерватории работает комплекс РВП, включающий сам прибор, а также дополнительные средства измерения – температурный профилемер МТР-5 и метеостанцию- МК-15.

Принцип действия РВП заключается в следующем. Тепловое излучение атмосферы, интенсивность которого пропорциональна яркостной температуре атмосферы, принимается рупорно-линзовыми антеннами и подаётся на входы радиометрических блоков. Радиометрические блоки преобразуют входные сигналы от рупорно-линзовых антенн в сигналы промежуточных частот и обеспечивают их усиление и фильтрацию, а так же производят детектирование сигналов промежуточных частот, их аналого-цифровое преобразование и передачу данных по каналам связи в ПЭВМ. Результаты измерений обрабатываются в ПЭВМ с использованием специального программного обеспечения и преобразуются в значения Я.т. атмосферы, ВТЗ, интегрального влагосодержания и водосодержания.

Локальная геодезическая сеть (ЛГС) обсерватории предназначена для мониторинга смещения опорных точек радиотелескопа и GPS-антенны, вызываемых деформациями конструкций инструментов и местными грунтовыми подвижками. Геодезические столбы, на которых расположены GPS-антенны и основные наземные марки, снабжены унифицированными оголовками из нержавеющей стали с резьбовым элементом для принудительной центровки.

План ЛГС обсерватории "Бадары"
Показаны марки, расположенные на крыше лабораторного здания 301 - точка (BADG), к которой относятся GPS-наблюдения, 312 - точка, к которой относятся DORIS-наблюдения (пункт BADA), 310 - опорная точка радиотелескопа RTF-32 (точка пересечения горизонтальной и вертикальной осей вращения), 311 - точка на платформе радиотелескопа и на азимутальной оси, 304, 306, 307, 308, 309 - марки, расположенные на геодезических столбах.
    
Реперный столб

Обсерватория имеет локальную вычислительную сеть (ЛВС) в стандартах Fast Ethernet и Gigabit Ethernet с выделенным Unix-сервером, объединяющую 15 рабочих станций.
Обсерватория соединена по волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) с магистральной линией связи "Сибирьтелеком" в узле связи в поселке Кырен и далее через сеть Интернет с ИПА РАН в Санкт-Петербурге. В настоящее время пропускная способность ВОЛС - 1 Мбит/c.
Обсерватория с 2009 года участвует в регулярных наблюдениях (часовая сессия) по Российским программам (Ru-UT) для определения поправок Всемирного времени в режиме е-РСДБ. Передача данных наблюдений в этом режиме осуществляется по отдельному высокоскоростному каналу связи 1Гбит/с.
Установленное в обсерватории и узле доступа "Сибирьтелеком" в поселке Кырен оборудование обеспечивают передачу данных, выход в Интернет, проведение видеоконференций, оперативную телефонную связь с ИПА РАН в Санкт-Петербурге и обсерваториями "Светлое" и "Зеленчукская" в технологии VoIP и удаленное наблюдение за радиотелескопом в режиме реального времени.



Адрес: 671021, Республика Бурятия, Туркинский район, п.Тунка
Телефон: (30147) 418-91, (30147) 420-85
E-mail: irkutsk@ipa.nw.ru