Радиотелескоп
обсерватории "Зеленчукская"

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

Радиоастрономическая обсерватория "Зеленчукская"

 
Заведующий Зеленчукским отделом
 Дьяков Андрей Александрович

ipazel@mail.svkchr.ru


Радиоастрономическая обсерватория "Зеленчукская" - второй из трех наблюдательных пунктов радиоинтерферометрической сети "Квазар-КВО", который был в 2001г. принят в опытную, а в 2002г. - введен в штатную эксплуатацию.
Радиоастрономическая обсерватория "Зеленчукская" расположена в Зеленчукском районе Карачаево-Черкесской Республики
( φ=43°47′, λ=41°34′, h=1175m )

Фотографии обсерватории
1280x8601024x768
1024x8001024x800
1024x8001024x800
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.
Skhema

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 "Зеленчукская" 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, 2.6 см, 1.35 см 2. 18-21 см 3. 13/3.5 см
Электропривод контррефлектора
со шкафом автоматики системы наведения 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 венец Ходовая 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. Аппаратура системы наведения
2. Аппаратура системы наведения контррефлектора
3. Стойка возбуждения двигателей
4. Стойки тиристорных преобразователе
5. Шкаф защиты двигателей

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.
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 и рупор на волну 2.6 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

Компрессор МКС

Кабина компрессорных установок

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-диапазонов 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.
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

Антенный блок генератора
пикосекундных импульсов

Измеритель электрической длины кабеля в сборе с блоком питания.

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, испытан и запущен в эксплуатацию в 2011 г.
Общий вид стоек с аппаратурой преобразования и регистрации сигналов в обсерватории "Зеленчукская"
I. - стойка частотно-временной синхронизации II. - 4-х канальный радиметрический модуль, распределитель ПЧ III. - Система регистрации сигналов
  1. Блок управления БСК(блоками сетевой коммутации).
  2. Блок управления гетеродинами.
  3. Анализатор спектра.
  4. Синхронометр (формирователь шкалы времени).
  5. Индикатор времени и измерители временных интервалов.
  6. Система измерения электрической длины кабеля.
  7. Усилитель-распределитель сигналов 1 Гц Symmetricom.
  8. Усилитель распределитель сигнала 5 МГц.
  1. Анализатор спектра.
  2. Двухканальная СПС.
  3. Блок питания ПРМ
  4. ПРМ (Программируемый радиометрический модуль).
  5. Компьютер ПРМ
  6. Компьютер GPS.
  7. Распределитель промежуточной частоты.
  8. Квантователь двухбитовый.
  1. Цифроаналоговый преобразователь
    ( для контроля сигнала на выходе видеоконверторов).
  2. Система преобразования сигналов
    (СПС) Р1002 (16 каналов).
  3. Система регистрации Mark5B+.
  4. Модули для Mark5B+.
  5. Источник беcперебойного питания.

Пультовая обсерватории
1. Монитор контроля приемных устройств; 2. Field System; 3. Консоль оператора наведения; 4. Видеомонитор контроля территории. Метеопараметры
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 20 кВА (Франция, фирма MGE);
- дизель-генераторная установка мощностью 30 кВА (Италия, фирма Spark Energy).


ИБП GALAXY 3000 Дизель-генератор

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÷100 450÷825
Погрешность ±0.3 ±2 ±0.3 ±3 ±0.4

На обсерватории в 1997г. был установлен геодезический GPS-приемник Rogue SNR-8000. С этого момента станция входит в состав европейской геодинамической сети EPN (Europian Permanent GPS Network) и в глобальную сеть IGS (International GPS Service) и носит название ZECK (по каталогам IGS и IERS - International Earth Rotation and Reference Systems Service). С 2001 г. по 2005 г. GPS-наблюдения проводились с помощью приемника AOA SNR-8000 ACT c антенной AOAD/M_T, а с 2006 г. более современным GPS-приемником ASHTECH Z-XII3 с антенной ASH700936D_M.
В рамках работ по модернизации комплекса "Квазар-КВО" в июле 2010 г. на обсерватории установлен совмещённый GPS/ГЛОНАСС-приёмник фирмы Javad GNSS Delta-G3T с антенной RingAnt-DM. Антенна типа Dorne-Margolin/Choke Ring, снабженная радиопрозрачным колпаком (радомом), установлена на крыше лабораторного корпуса на геодезическом пилоне типового проекта. 216-канальный приёмник 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. Приёмник подключён к водородному стандарту частоты обсерватории (5 МГЦ). Для управления приёмником используется программа PC-View, которая контролирует процесс наблюдений, автоматически каждый час выгружает из приёмника файлы наблюдений и конвертирует их в RINEX-формат. Файлы наблюдений архивируются и отправляются в центр анализа данных ИПА РАН.


Антенна Javad RingAnt-DM

Трехсистемный приемник Javad Delta-G3T

В обсерватории в мае 2011 г. была установлена квантово-оптическая система (КОС) "Сажень-ТМ-БИС" производства ОАО "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения". КОС предназначена для определения дальности и угловых координат геодезических и навигационных космических аппаратов (Lageos 1, Lageos 2, ГЛОНАСС и т.д.) с целью получения высокоточных данных, необходимых для определения параметров вращения Земли и геоцентра.
Общий вид лазерного дальномера "Сажень-ТМ-БИС" Внешний вид оборудования, установленного в укрытии:
1 – приёмо-передающий объектив;
2 – объектив гида с ночной камерой;
3 – 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. На крыше лабораторного корпуса установлены антенны приёмников ГЛОНАСС/GPS.
Локация спутников лазерным дальномером
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 "Зеленчукская"
Показаны марки, расположенные на крыше лабораторного здания (201 - ZECK, точка к которой относятся GPS-наблюдения, 207, 208 - марки, использующиеся для эпизодических специальных измерений), 210 - опорная точка радиотелескопа (точка пересечения азимутальной и угломестной осей), 211 - точка пересечения платформы с вертикальной осью, 202, 203, 204, 205, - наземные марки ЛГС, расположенные на геодезических столбах высотой 0.8-1.2 м над уровнем земли, марка 212 расположена на уровне земли на бетонной платформе.
    
Реперный столб   640x480>

Обсерватория имеет локальную вычислительную сеть (ЛВС) в стандартах Fast Ethernet и Gigabit Ethernet с выделенным UNIX-сервером, объединяющую 15 рабочих станций.
Обсерватория соединена волоконно-оптической линией связи (ВОЛС) с магистральной линией связи компании "Ростелеком" в узле связи в станице Зеленчукская и далее через сеть Интернет с ИПА РАН в Санкт-Петербурге. В настоящее время пропускная способность ВОЛС - 10 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 в узле доступа "Ростелеком" в станице Зеленчукская оборудование обеспечивают обмен данными, выход в Интернет, проведение видеоконференций, оперативную телефонную связь с ИПА РАН в Санкт-Петербурге и обсерваториями "Светлое" и "Бадары" в технологии VoIP, а также удаленное наблюдение за радиотелескопами и РВП в режиме реального времени.



Адрес: 369140, Карачаево-Черкесская Республика, ст. Зеленчукская, ул Калинина, д. 1а
Телефон: (878-78) 5-34-02, 5-29-70
E-mail: ipazel@mail.svkchr.ru