Spektr telescoop missies, historie en aanstaande lanceringen (2)

De Russische telescoop missies Spekt-RG en Spektr-UF vorderen langzaam maar gestaag, de lanceringen staan gepland voor 2019 en 2021. Spektr is een serie van drie verschillende ruimtetelescopen ontworpen door Russisch Ruimtevaart onderzoekscentrum (IKI) te Moskou.  De Spektr-R is in juli 2011 in de ruimte gebracht. De ‘RG’ is inmiddels voltooid en de ‘UF’ telescoop missie krijgt stap voor stap een meer concrete vorm.

Spektr-RG credits; The Planetary Society

Spektr-RG
Spektr-RG is het geesteskind van de astronomie sectie van de Sovjet Academie van Wetenschappen. Het project werd voorgesteld door Rashid Syunyaev, die voorheen aan de Kvant module van het MIR ruimtestation had gewerkt. Het concept van Spektr-RG werd in 1987 voorgesteld op een symposium dat ter ere van Spoetnik gehouden werd. Halverwege de jaren ’90 waren er veel internationale organisaties bij betrokken, bedrijven uit Denemarken, het VK, de VS, Zwitserland, Hongarije enz. Het 6000 kg wegende ruimteobservatorium zou bijna 3000 kg aan instrumentarium bevatten waaronder vijf telescopen en een all-sky monitor.  De Proton raket zou de Spektr-RG in een elliptische baan brengen met een apogeum van 200.000 kilometer en een perigeum van 500 km boven het aardoppervlak. Daar kon de satelliet 80 uur onafgebroken werken, zonder interferentie van stralingsgordels. Maar ondanks druk van internationale partners lukte het niet de financiering rond te krijgen. Steeds werd werk aan het project een jaar verschoven tot 2002, toen werd het project geschrapt. De $300 miljoen dollar aan investeringsgelden van buitenlandse partners werd deels gecompenseerd door Rusland die de Proton draagraket ter beschikking stelde voor ESA’s Integral telescoop. ESA bood vervolgens Russische wetenschappers  25 % observatietijd van de Integral aan voor astronomie onderzoek. De Spektr-RG moest een nieuw onderdak vinden. Rond 2005 maakte het een nieuwe start maar nu als een kleiner en goedkoper project. Ooit had het de hoogste prioriteit, nu moest het aansluiten achter de Spektr-R. In  2005 begonnen Roskosmos en ESA te praten over installatie van Europese instrumenten op de RG. De Rosita en de Britse Lobster Eye, een all-sky X-ray monitor. Dit waren oorspronkelijk instrumenten bedoeld voor het ISS maar men was bang dat de omgeving daar te vervuild zou zijn voor dergelijke gevoelige apparatuur. Na lange deliberatie werd LobsterEye geschrapt en werd er een intentieverklaring tussen Roskosmos en de DLR getekend. In 2009 werd het definitief een Duits/Russisch project en werd er gestreefd naar een lancering in 2012. Er zijn nu twee röntgen telescopen op de Spektr-RG, de eRosita, de extended Röntgen Survey Imaging Telescope Array, en de Russische ART-XC telescoop opererend in de 3-30 keV band. De eRosita bestaat uit zeven identieke modules die ieder 54 goud gecoate spiegels bevatten, deze zijn dusdanig gearrangeerd dat ze hoge energie x-ray fotonen kunnen verzamelen en in de camera’s leiden. De eRosita (0.3-10 keV) heeft als doelstellingen; observatie van 100.000 Melkwegklusters, meer inzicht verschaffen in de evolutie van het universum en kosmologische fenomenen als donkere energie, interplanetaire magnetische velden en detectie van drie miljoen superzware gaten. Spektr-RG zal in het tweede Lagrange punt komen te hangen. De eerste Russische ruimtesonde ooit in een van de Lagrange punten. De ART-XC is een röntgen telescoop en zal een vierjarige survey van de hemel doen, in het 6–30 keV bereik. De Spektr-RG zal naar verwachting ongeveer drie maanden nodig hebben om zijn eindbestemming te bereiken, waar hij vier jaar lang in 40.000 km lange ellipsvormige banen rond het L2 zal gaan cirkelen om zodoende een totaal globaal overzicht van röntgenbronnen als zwarte gaten, en witte dwergen te maken. De drie daarop volgende jaren worden besteed aan het observeren van specifieke objecten. Zijn perigeum ligt op een hoogte van 1020 km en zijn apogeum op 1.415.510 km vanaf het oppervlak van de aarde. ‘Slechts’ twee telescopen maar de projectwetenschappers verwachten revolutionaire data input op het gebied van hoogenergetische astrofysica.

De afgelopen jaren vorderde de ‘RG’ langzaam maar gestaag. Lavochkin voltooide de assemblage van het prototype in de jaren 2015 en 2016 en werd deze eerste gehele fase afgerond. De lanceerdatum werd naar 2017 verschoven. Lavochkins management verklaarde hierover, dat de eRosita en de ART-XC pas begin 2016 compleet voltooid waren, en dat er tevens een issue over de Zenit draagraket was i.v.m. het Oekraïne conflict (deze stond klaar bij Baikonoer maar de Oekraïense technici moesten wel toestemming krijgen om te kunnen meewerken aan de lancering), verder waren er ook nog de nodige financiële strubbelingen. Maar gelukkig raakte dit alles het Spektr-RG programma niet al te hard, het budget kwam redelijk ongeschonden uit het Federal Space Program (2016-2025) dat eind 2015 opgesteld werd. Er werd 73 miljoen dollar begin 2016 voor uitgetrokken. Dit, relatief bescheiden, bedrag moest zo goed en kwaad als het kon de kosten de komende zeven jaar aan het observatorium dekken. In april  2018, deelde Roskosmos mee dat het radiosysteem (BRK) geleverd was en de lancering in maart 2019 plaats zou kunnen vinden. Begin zomer 2018 werden de ART-XC en eRosita geïntegreerd met de vlucht versie van de Navigator en de software van het flight control systeem (BKU). Aan het eind van de zomer was er een evaluatie van het geheel Spektr-RG project. Testen van de interacties tussen de systemen waren positief en het geheel werd in zijn totaliteit geassembleerd. Enig uitstel van evaluatie volgde toen er bij Roskosmos gereorganiseerd moest worden. Maar men bleef optimistisch gestemd voor wat betreft de lanceerdatum eind maart/begin april, deze werd verder gespecificeerd en zal vallen in de periode tussen 27 februari en 11 april 2019.

eRosita credits: Leitnitz-astrofysisch instituut Potsdam (AIP)

 Spektr-UF 

De ‘UF’  zou de derde op rij in de Spektr serie zijn.  De Spektr-UF, ook wel de ‘World Space Observatory-Ultraviolet’ (WSO-UV) zou moeten gaan werken in het bereik van 110-320 nm. De lancering is van 2007 naar 2021 verschoven. Deze telescoop werd speciaal ontworpen om de hemel in het ultraviolet en zichtbaar licht te observeren. Fysiek kleiner dan de Hubble Space telescoop (HST), zou de Spektr-UF’s magnitude 100 x zo gevoelig zijn dan het UV instrument op de Hubble. De Spektr-UF gaat twee belangrijke astrofysische velden onderzoeken; de formatie van sterren en planetaire systemen en  de kosmologische en chemische evolutie van het interstellair en intergalactisch medium. De ruimtesonde draagt een in Rusland gebouwde T-170M telescoop met een spiegel met een 1.7 diameter. (T-170M is een kleinere versie van zijn voorganger, de T-170, die nooit vloog vanwege de post-Sovjet economische malaise). Het  licht zal geleid worden naar drie spectrometers die waarnemen tot golflengten variërend van 102-310 nanometer. Dit instrumentarium zou voor wetenschappers betekenen dat ze de formatie van sterrenstelsels en de atmosfeer van exoplaneten alsook protoplanetaire schijven beter kunnen analyseren. Tijdens de eerste twee jaar van zijn missie zal de Spektr-UF 40 procent van zijn observatie tijd doorbrengen voor het basis programma. De andere beschikbare 60 procent zal opgedeeld worden tussen astronomen van lidstaten van het Spektr programma naar ratio van hun aandeel hierin. Tenslotte zal de overgebleven 10 procent besteed worden aan astronomie onderzoek voor niet-leden van het programma al naar gelang het belang van hun onderzoek. Vanaf 2011 is dit een mix van Spaans, Duits en Oekraïens astronomie onderzoek.

Spektr-UF credits; Astronautika

Zoals veel post-Sovjet projecten had ook Spektr-UF veel opstartproblemen. Zowel qua financiële steun alswel de continu wisselende prioriteiten in het ruimtevaartprogramma maakte dat het project maar moeizaam doorgang vond. Twintig jaar lang stond Spektr-UF achter aan gesloten bij Spektr-RG observatorium en de Spektr-R.  Het wetenschappelijk programma van de Spektr-UF belandde in de schoot van een klein en onderbetaald team van Boris Shustov bij het astronomie instituut, INASAN, te Moskou. Rond 2003, besloot Lavochkin Spektr-UF nog verder terug te schalen en het te herontwerpen rondom de Navigator service module, opdat de ruimtesonde zo in zijn geheel in een kleinere en goedkopere raket kon, i.p.v. in de dure Proton. In 2004 was er sprake van lancering van de Spektr-UF in 2008, en werd ook besloten het in het L2 Lagrange punt te plaatsen. Zo een 1.5 miljoen km van de aarde, zou de sonde niet continu door de schaduw van de aarde gaan en zo zijn ultra-gevoelige optische apparatuur vrij houden van extreme temperatuurschommelingen. Deze baan zou ook de zogenoemde spectroscopische monitoring mogelijk maken, waarna veel vraag is bij de astronomische gemeenschap. Dit is lastig uit te voeren voor de Hubble telescoop (HST) die in een lage aardebaan geplaatst is. Nadeel van dit plan was wel dat mocht het in het L2 punt gestationeerd worden er meer dan slechts een enkel grondstation nodig was om de missie operationeel te houden. Dit zou het project veel duurder maken. In 2006 was er sprake van lancering in 2011, waarbij Spektr-UF in een geosynchrone circulaire baan gebracht zou worden op een hoogte van 35.786 kilometers en een inclinatie van 51.6 graden t.o.v. de evenaar voor een tienjarige missie. In 2009, werd de missie verder uitgesteld naar 2013, maar wegens problemen met de levering door Duitsland van de UV-spectrografen was ook dit uiterst onzeker. In de tussentijd werd de assemblage voor de Navigator service module niet eerder begonnen dan in 2010, maar dit liep uit naar 2014. Terwijl kosten voor de Spektr-RG missie uit de hand liepen, slokten die ook het budget voor de ‘UF’ missie op. Intussen nam VNIIEF, een Russisch bedrijf de fabricage van de spectrografen over. In 2012 kwam het bericht dat Spektr-UF gelanceerd zou worden in 2016, daarvoor gaf Roskosmos de order om de Proton/Briz-M raket te bouwen voor de missie (ipv de Zenit). Deze moest in 2014 klaar zijn, en in dit jaar kwam ook de eerste persbericht van Lavochkin voor de missie. In oktober berichtte Lavochkin dat i.i.g. het antenne system getest was. Daarbij had men ook het prototype af van het observatorium en was het klaar voor alle type testen. Na jaren uitstel, was ook eindelijk de vluchtversie van de T-170M telescoop klaar.

In 2014 kwamen er opnieuw een kink in de kabel voor de UF i.v.m. het Oekraïne conflict. De samenwerking tussen de Oekraïense en Russische wetenschappers werd, zeer tegen de zin in van beide kanten, onderbroken. Bovendien hinderden de opgelegde westerse sancties de import van kritische onderdelen voor het observatorium. De hoofd spectrometer van de UF zou uitgerust worden met  state-of-the-art UV detectoren. De hardware hiervoor, niet voorradig in Rusland, zou van het Engelse e2V gekocht worden, dat op zijn beurt weer afhankelijk was van componenten uit de VS. Er ging zelfs het gerucht rond dat er vanuit  Roskosmos gedacht werd om er maar helemaal ermee op te houden, dit ondanks dat er eerder dat jaar een officiële promotie video van de Spektr-UF vrijgegeven was waarin de telescoop en zijn hardware getoond werden. Halverwege 2014 besloot men nog geen lanceerdatum te plannen. Eind dat jaar echter, tijdens de 40^ste vergadering van  COSPAR, het Committee on Space Research van de VN, in augustus 2014, stelde Lev Zeleny, directeur van het Russische  ruimtevaart onderzoeksinstituut, IKI, dat verantwoordelijk is voor al het wetenschappelijk instrumentarium van de Spektr-UF, dat gestreefd werd om de telescoop in 2020 te lanceren.  De lancering zou i.p.v. op een Oekraïense Zenit op een Russische Proton-M/Block-DM raket zijn. Echter in het Federale Ruimtevaart Programma 2016-2025, waar voor de ontwikkeling van  Spektr-UF een bedrag van 10.11 miljard roebel toegekend werd (rond de 127 miljoen USD), werd de lancering een jaar verschoven naar 2021.  Bronnen: B. Harvey, O. Zakutnyaya, Russian Space Probes, Springer, 2011 / A. Zak, Russian Space Web

Gerelateerde Astroblogs:

Fysici poneren gedurfde hypothese over detectie buitenaards leven; Gebruikt ETI mogelijk kunstmatige zwarte gaten als quantumcomputers? Massieve Ster SN 2023ixf spuwt massa van ongeveer één zon uit vlak voordat hij in een supernova explodeert AzTECC71 ‘spookachtig’ sterrenstelsel doemt op uit het vroegste heelal