Рус Eng За 365 дней одобрено статей: 2065,   статей на доработке: 293 отклонено статей: 786 
Библиотека

Вернуться к содержанию

Программные системы и вычислительные методы
Правильная ссылка на статью:

Технология наблюдений эффекта термо-гравитационной аномалии аппаратурой космического радиотелескопа проекта РадиоАстрон на интервале орбитального резонанса.
Зиновьев Алексей Николаевич

кандидат технических наук

пенсионер

105215, Россия, г. Москва, ул. 11-џ парковая, 44к1, оф. 156

Zinoviev Aleksei Nikolaevich

PhD in Technical Science

retiree

105215, Russia, g. Moscow, ul. 11-џ parkovaya, 44k1, of. 156

anzin2020@mail.ru

DOI:

10.7256/2454-0714.2019.4.31209

Дата направления статьи автором в редакцию:

01-11-2019


Дата публикации:

23-11-2019


Аннотация.

Объектом исследования является космический аппарат "Спектр-Р" с космическим радиотелескопом на борту. В качестве сенсоров используется аппаратура двух бортовых водородных стандартов частоты. Многолетний мониторинг телеметрической и научной информации, передаваемой с борта космического аппарата, позволил предположить наличие внешних физических воздействий на оборудование космического радиотелескопа. Эволюционирующая эллиптическая орбита космического аппарата "Спектр-Р" позволила просканировать область орбитального резонанса космического аппарата с Луной и оценить величину физического воздействия на бортовой водородный стандарт частоты. В качестве метода измерения дальности космического аппарата "Спектр-Р" использовался реверберационно-корреляционный метод, который позволяет выполнять синхронные измерения дальности во время сеансов радиоастрономических наблюдений. Представленная технология подтвердила предположение о гравитационной природе физического воздействия на элементы космического радиотелескопа. Получен новый способ детектирования орбитального резонанса на борту космического аппарата. Изменение давления молекулярного водорода в условиях орбитального резонанса позволило существенно снизить погрешность синхронизации бортовой и наземной квантовых шкал времени.

Ключевые слова: водородный стандарт частоты, высокоинформативный радиоканал, давление молекулярного водорода, гравитационная волна, ионный насос, космический радиотелескоп, молекулярный детектор, замедление времени, космический аппарат, квантовая шкала времени

Abstract.

The object of study is the Spektr-R spacecraft with a space radio telescope on board. As sensors, the equipment of two onboard hydrogen frequency standards is used. Long-term monitoring of telemetric and scientific information transmitted from the spacecraft, suggested the presence of external physical influences on the equipment of the space radio telescope. The evolving elliptical orbit of the Spektr-R spacecraft allowed us to scan the region of the orbital resonance of the spacecraft with the Moon and estimate the magnitude of the physical effect on the onboard hydrogen frequency standard. As a method of measuring the range of the Spectrum-R spacecraft, the reverberation-correlation method was used, which allows synchronous range measurements to be made during radio astronomy observations. The presented technology confirmed the assumption of the gravitational nature of the physical impact on the elements of the space radio telescope. A new method for detecting orbital resonance on board a spacecraft has been obtained. Changing the pressure of molecular hydrogen under conditions of orbital resonance significantly reduced the synchronization error of the onboard and ground quantum time scales.

Keywords:

molecular detector, space radio telescope, ion pump, gravitational wave, molecular hydrogen pressure, highly informative radio channel, hydrogen frequency standard, time dilation, spacecraft, quantum time scale

I. Введение. Предыстория исследований.

Успешный запуск ракетоносителя “Зенит” 18.07.2011г. с космодрома Байконур с космическим аппаратом (КА) “Спектр-Р” позволил начать реализацию орбитального этапа проекта РадиоАстрон [1 - 9]. Проверки бортового комплекса научного оборудования космиченского радиотелескопа (КРТ) в августе 2011 года выявила техническую неисправность в работе основного бортового водородного стандарта частоты (БВСЧ-1). Эта неисправность выразилась в отсутствии синхронизации выходных сигналов стандарта 5 МГц и 15 МГц с опорным сигналом квантового водородного генератора с частотой 1420.405 МГц. Диагностированная неисправность привела к резкому снижению стабильности частот выходных сигналов основного стандарта частоты. После изучения проблемы было принято решение об использовании аналогичного резервного комплекта бортового водородного стандарта БВСЧ-2. Бортовой водородный стандарт частоты БВСЧ-2 модели VCH-1010 проработал на борту космического аппарата “Спектр-Р” с сентября 2011 года по август 2017 года, что в двое превысило гарантийный ресурс прибора. На рис.1 представлена временная диаграмма изменения давления молекулярного водорода в ресурсном баллоне БВСЧ-2 на всем интервале активной работы прибора. Комментарии основных событий в работе стандарта свидетельствуют о сложных условиях, в которых пришлось функционировать прибору.

Рис. 1. Временная диаграмма изменения давления молекулярного водорода в БВСЧ-2 за

период с сентября 2011 по август 2017 года.

В августе 2017 года БВСЧ-2 был выведенн из эксплуатации. Закончился запас молекулярного водорода в ресурсном баллоне, неоходимый для работы квантового генератора. Бортовой комплекс научного оборудования (БКНА) был переключён в режим работы от сигналов наземного стандарта частоты (режим “КОГЕРЕНТ”) через высокоинформативный радиоканал (ВИРК). В качестве резервного источника коммуникационного сигнала 15 МГц был использован прибор БВСЧ-1 с выключенным квантовым генератором и отключенным ионным насосом.

В период с января 2013 года по октябрь 2014 года били выполнены исследования бортовой квантовой шкалы времени (БКШВ) [10 - 14]. Исследования БКШВ позволили обнаружить неравномерность замедления этой шкалы в зависимости от дальности КРТ [13]. Удалось определить факторы физического воздействия на прибор БВСЧ-2, которые могли привести к возникновению упомянутой неравномерности. В целях совершенствования технологий конструирования БВСЧ модели VCH-1010 предстояло решить задачу поиска возможности и оценки степени влияния естественных физических воздействий на работу элементов бортового квантового генератора. Отметим, что БВСЧ типа VCH-1010 является самым чувствительным к физическим воздействиям прибором во всем комплексе научного оборудования КРТ.

Комплексный анализ динамики полета КРТ по эволюционирующей орбите и БКШВ указал на возможность наблюдения орбитального резонанса с использованием БВСЧ-1 в качестве молекулярного детектора. Этому обстоятельству способствовало отключение квантового генератора и прекращение расхода молекулярного водорода. Таким образом, было получено постоянство рабочего объема газа в ресурсном баллоне БВСЧ-1. Это постоянство послужило фундаментом для метрологической основы рассматриваемой технологии и программных комплексов в частности. В настоящих исследованиях изохорический режим работы баллона БВСЧ-1 использован в качестве теоретической молекулярно-метрологической модели в условиях орбитального полета космического аппарата “Спектр-Р”.

II. Методы и инструменты исследований. Использование бортового водородного стандарта частоты в качестве детектора внешних физических воздействий.

Настоящие исследования базируются на данных, полученных из трех основных источников информации:

- данные бортовой телеметрической системы (ТМС), передаваемые с борта КА “Спектр-Р”, как в сеансах управления, так и в сеансах радиоастрономических наблюдений через высокоинформативный радиоканал (для расшифровки данных информационно цифрового массива БВСЧ-1 использовалась оригинальная компьютерная программа “ANZin_TMI_Power_060215”) [10,14].

- результаты доплеровских измерений двух наземных станций слежения (НСС Пущино, Россия и НСС Грин Бэнк, США) на частотах 15 ГГц и 8.4 ГГц (для синхронизации результатов измерений использовалась оригинальная компьютерная программа “FazoLiner_251218_Graf”) [10].

- данные лицензионной компьютерной информационной системы “PersAY” (Персональный астрономический ежегодник Версия 1.0. Институт прикладной астрономии Российской Академии наук. Сообщения ИПА РАН N185. Санкт-Петербург 2010).

Программные комплексы, представленные выше, были использованы в настоящих исследованиях в период с 25 августа 2017 года по 10 января 2019 года для мониторинга, декодирования, расшифровки цифровых информационных массивов БВЧС-1 и регистрации результатов в специализированной базе данных. В результате комплексной работы программных систем были получены синхронные по времени и пространству временные диаграммы всех необходимых параметров БВСЧ-1. Результаты мониторинга телеметрии были синхронизированы по времени с результатами измерений обеих НСС и с результатами компьютерной информационной системы “PersAY”. Суммарная погрешность синхронизации данных информационных систем по времени не превышала 50 мс, а погрешность пространственной синхронизации информационных массивов оставалась в пределах 3 метров.

В качестве ключевой гипотезы в настоящих исследованиях был использован тот факт, что в Солнечной системе имеется несколько резонансов между орбитальными движениями спутников и планет, движения которых связаны друг с другом таким образом, что периоды их обращения по орбитам сопоставимы и кратны небольшим целым числам [15]. В характерных случаях орбитальных резонансов более крупное из двух объектов движется по орбите с малым эксцентриситетом, а объект меньшего размера имеет орбиту с большим эксцентриситетом. В настоящих исследованиях под большим объектом понимается естественный спутник Земли, - Луна. Роль малого объекта выполняет КА “Спектр-Р” с КРТ проекта РадиоАстрон. Для Луны средний эксцентриситет орбиты составляет 0.0549 [15]. Эксцентриситет орбиты КА для периода с мая 2018 по май 2019 составлял 0,883, что существенно повышает вероятность возникновения орбитального резонанса [16]. Схема движения объектов по орбитам представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема движения объектов на интервале исследований.

Невозмущенный период обращения Луны по орбите вокруг Земли составлял 27.32 ± 0.5 суток. Период обращения КА по орбите вокруг Земли в рассматриваемый период составлял 8.7 ± 0.2 суток. Таким образом, ожидалась возможность орбитального резонанса при соотношении периодов обращения большого (Луна) и малого (КА) объектов на орбитах как 1:3. Измерения дальности КА в окрестностях перигеев на интервале орбитального резонанса были выполнены с использованием технологии синхронных измерений [10,14]. Результаты измерений на рубежах 294 –295 витков и 296 –297 витков представлены на рис. 3 и 4 соответственно.

Рис. 3. Результат измерения дальности КРТ от НСС Грин Бэнк синхронным реверберационно-корреляционным методом на интервале орбитального резонанса во время выполнения сеанса радиоастрономических наблюдений 16.07.2018г. (Rafs20b).

Рис. 4. Результат измерения дальности КРТ от НСС Грин Бэнк синхронным реверберационно-корреляционным методом на интервале орбитального резонанса во время выполнения сеанса радиоастрономических наблюдений 02.08.2018г. (Rags41a).

III. Результаты исследований. Обнаружение эффекта термо-гравитационной аномалии.

В качестве результатов настоящих исследований на рис. 5 и 6 представлены временные диаграммы измерений температуры и давления молекулярного водорода в ресурсном баллоне БВСЧ-1. На рис.6 представлены три синхронные временные диаграммы изменения давления молекулярного водорода, изменения расстояния между КА и Землей, и изменения расстояния между КА и Луной. Сопоставление временных диаграмм на рис. 1 и 5 позволяет сделать вывод, что выключение ионного насоса и разряда в диссоциаторе квантового генератора бортового стандарта частоты типа VCH-1010 приводит к прекращению расхода молекулярного водорода из ресурсного баллона стандарта. Таким образом, ресурсный баллон БВСЧ-1 находился в изохорическом состоянии на всем интервале настоящих исследований и объём молекулярного водорода не изменялся. Временная диаграмма рис. 5 иллюстрирует постоянство температуры корпуса БВСЧ-1 на всем интервале работы прибора. Характерная особенность обоих рис. 5 и 6 состоит в наличии фрагмента значительного колебания давления (до 10%) на рубеже 294, 295 и 296 витков орбиты КА на интервале с 10.07.2018 г. по 02.08.2018 г. Из диаграмм следует, что изменение давления происходило при неизменной температуре пробора БВСЧ-1. На всем интервале наблюдений квантовый генератор в приборе БВСЧ-1 был выключен. Этот факт позволяет утверждать, что объём молекулярного водорода в ресурсном баллоне БВСЧ-1 был неизменным на всем интервале наблюдений.

Полученный результат наблюдений вызвал интерес из-за возникшего противоречия между результатами измерений и теоретическими расчетами на основе молекулярно-кинетической теории вещества. Согласно газовому закону Бойля- Мариотта и уравнению Менделеева - Клапейрона, произведение объёма данной массы газа на его давление есть величина постоянная при неизменной температуре [17,18]. Из временных диаграмм рис.5. и рис.6 следует, что температура корпуса квантового генератора неизменна при различных произведениях величины давления молекулярного водорода в ресурсном баллоне на его постоянный объём. Таким образом, прослеживается аномалия в виде противоречия между законом Бойля – Мариотта и наблюдаемым явлением изменения давления в рамках замкнутой энергетической системы КА “Спектр-Р”.

Рис. 5. Временная диаграмма мониторинга давления молекулярного водорода и температуры корпуса прибора БВСЧ-1 на интервале исследований с 25.08.2017г. по 10.01.2019г.

Рис. 6. Фрагмент временной диаграммы мониторинга давления молекулярного водорода и дистанций между КА “Спектр-Р” и Землей, и между КА “Спектр-Р” и Луной на интервале орбитального резонанса.

Для выяснения причины возникновения зарегистрированного эффекта были выполнены дополнительные измерения и вычисления. Важная особенность выбранного фрагмента интервала наблюдений состояла в том, что его начало сопровождалось солнечным затмением 13.07.2018 года, а завершение фрагмента интервала наблюдений сопровождалось лунным затмением 27.07.2018 года (см. рис.2). Оба события были зарегистрированы большим количеством наземных наблюдателей, и сопровождалось сизигидным расположением Солнца, Луны и Земли. Для этой конфигурации характерно расположение всех трёх упомянутых небесных тел на одной прямой линии. Силы тяготения Солнца и Луны в этом случае воздействуют на Землю в одном направлении и усиливают друг друга, вызывая на Земле сизигидные (сопряженные) приливы водных масс [15].

Летом 2018 года эволюционирующая орбита КА “Спектр-Р” находилась вблизи плоскости эклиптики и перигей на рубеже 294, 295 и 296 витков не превышал 25000 километров от поверхности Земли. В результате КА также подвергся серьезному синхронному воздействию сил тяготения Солнца, Луны и Земли. Сопоставляя рис. 2 и 6, можно заметить, что минимум давления соответствует середине интервала между солнечным и лунным затмениями. Изменение давления носит плавный характер и следов суточных приливов и отливов на графиках не обнаруживается. Этот факт позволяет сделать вывод о том, что в основе наблюдаемого эффекта лежит явление орбитального резонанса КА и Луны.

Схема рис. 2 и временная диаграмма рис. 6 позволяют сделать предположение о том, что обнаруженное изменение давления молекулярного водорода сопровождается изменением расстояния между двумя молекулами водорода, которое обусловлено воздействием на космический аппарат “Спектр-Р” трёх физических сил. Две из этих трёх сил, порождённые силовыми полями Земли и Луны, действуют в противоположных направлениях в условиях наблюдаемого орбитального резонанса. Величина наблюдаемого эффекта в виде существенного плавного изменения давления молекулярного водорода в ресурсном баллоне БВСЧ-1, очевидно, определяется как массами Земли и Луны, так и расстоянием между КА и упомянутыми небесными телами.

IV. Температурная стабильность элементов космического радиотелескопа.

На рис. 7, представлена термограмма приборов КРТ для интервала наблюдений вне орбитального резонанса. На рис. 8 представлена аналогичная термограмма на интервале орбитального резонанса. Обе термограммы рис. 7 и 8 соответствуют виду с тыльной стороны главного 10-ти метрового зеркала КРТ. На рис. 9 представлена термограмма главного зеркала антенны КРТ со стороны фокального контейнера на интервале орбитального резонанса. Термограммы позволяют получить представление об общем термическом состоянии (профиле) всех элементов КРТ. В качестве примера можно заметить, что самым холодным элементом КРТ является фокальный контейнер с приемниками космических радиоизлучений с длиной волны в диапазоне 1.35см. Согласно термограмме на рис. 9, температура фокального контейнера составляет –151.76 гр. Цельсия. Для текущей ориентации КРТ в пространстве самым теплым элементом КРТ являются элементы крепления главного зеркала антенны КРТ (подкосы и водилы) с солнечной стороны. На представленных термограммах максимальная температура превышает 47° С для подкоса 16-го лепестка 10-ти метровой антенны КРТ. Динамический диапазон температур открытого космоса на элементах КРТ составил 199.53 ° С (от +47.77 ° С до –151.76 ° С). Согласно термограммам на рис. 7 и 8 температура крепления основания БВСЧ-1 стабильна и составляет +30.71 ° С.. Этот результат согласуется с данными диаграммы, представленной на рис.5. На рис.7, 8 и 9 синим цветом обозначены сенсоры с результатами измерений, находящимися за пределами нижней границы рабочего диапазона. Например, показание “<-63.51” означает, что температура сенсора ниже –63.51° С. Информация, представленная на рис. 2,7,8 и 9 позволяет сделать вывод о высокой степени температурной стабильности на всех узлах и приборах КРТ на интервале 294, 295 и 296 витков орбиты КА. Стабильность температурного режима полностью подтверждается постоянством параметров энергопотребления от бортовой электропитающей сети +27В всеми элементами системы обеспечения температурного режима (СОТР) космического аппарата в целом и БВСЧ-1 в частности.

Рис. 7. Панель диагностического монитора с изображением термограммы КА со стороны остронаправленной коммуникационной антенны ВИРК и тыльной стороны главного зеркала КРТ проекта “РадиоАстрон” вне интервала орбитального резонанса.

Рис. 8. Панель диагностического монитора с изображением термограммы КА со стороны остронаправленной коммуникационной антенны ВИРК и тыльной стороны главного зеркала КРТ проекта “РадиоАстрон” на интервале орбитального резонанса.

Рис. 9. Панель диагностического монитора с изображением термограммы КА со стороны фокального контейнера, - лицевой стороны главного зеркала КРТ проекта “РадиоАстрон” на интервале орбитального резонанса.

V. Оценка амплитуды наблюдаемой гравитационной аномалии

  • 1. Объем молекулярного водорода, загруженного в ресурсный баллон БВСЧ-1 на предприятии ЗАО “Время-Ч” (г. Нижний Новгород) составлял 42 литра (при нормальных условиях). Этот объем соответствует 1.875 молярного объема рабочего тела (принимая во внимание закон Авогадро, из которого следует, что 1 моль вещества занимает объем 22.41 литра.). Число молекул, запасенных в ресурсном баллоне, определяется умножением числа Авогадро на количество вещества:

N µ = A * V µ = 6.02 *10 23 * 1.875 = 11.25 * 1023, где (1)

V µ = m/µ = 42 / 22.41 =1.875.

Для определения средней величины расстояния между молекулами водорода воспользуемся уравнением Менделеева – Клапейрона вида:

p * V = V µ * R *T , где (2)

p – давление в ресурсном баллоне БВСЧ-1, Па;

R – универсальная газовая постоянная = 8.31 Дж/(моль * K °);

T - температура газа в баллоне БВСЧ-1 = 273 15 + 38.3 = 311.45 K °;

2. Из временной диаграммы мониторинга, представленной на рис. 5, находим среднюю величину давления в ресурсном баллоне на всем интервале наблюдений, равное 10.15 Bar= 1015*103Па. Находим минимальную величину давления на всем интервале наблюдений, равную 9.25 Bar = 925*103Па. Таким образом, динамический диапазон изменения давления молекулярного водорода на интервале орбитального резонанса составляет 90 *103Па (т.е. около 10%). Из временной диаграммы рис. 5 очевидно, что имеет место изотермический и изохорический процессы одновременно. Этот факт плохо согласуется с законами молекулярно-кинетической теории вещества для наземного наблюдателя. Согласно уравнению (2), изменение давления от 10.15 Bar к 9.25 Bar приводит к снижению температуры на -3.73 градуса Цельсия. Однако, ни телеметрической системой (ТМС), ни системой обеспечения температурного режима (СОТР), ни системой электропитания КА ожидаемое изменение температуры и потребление дополнительной мощности для компенсирующего нагрева не зафиксировано. Собственно, в этом и состоит аномальность наблюдаемого явления, которое выглядит как “термо-гравитационная аномалия”. Отметим, что временная диаграмма рис. 5 свидетельствует о том, что средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул водорода на интервале орбитального резонанса остается постоянной.

3. Преобразуем уравнение (2) к более удобному виду:

V = V µ * R * T / p . (3)

V o = V/N; V o = V µ * R * T/ (p * V µ* NA);

Извлекая кубический корень из левой и правой частей уравнения, имеем:

Изменение расстояния между молекулами водорода на интервале орбитального резонанса составило:

dL = Lmin - Lo = 1.668*10-10 - 1.622*10-10 = 4.6 *10-12 метра. (5)

    • 5. Из временной диаграммы, представленной на рис. 6, можно понять, что интервал с минимальным давлением соответствует временному интервалу, на котором КРТ двигался синхронно относительно Земли и Луны. КРТ на каждом из 294, 295 и 296 витков одновременно приближался и к Земле, и к Луне, а затем так же одновременно удалялся от Земли и от Луны. На интервале с пониженным давлением процесс приближения и удаления повторялся трижды подряд. Временные диаграммы изменения давления молекулярного водорода, представленные на рис.5 и рис.6, позволяют предположить, что интервал с пониженным давлением молекулярного водорода принадлежит интервалу орбитального резонанса, а точка минимума (экстремума) соответствует гребню гравитационной аномалии.
    • 6. Принимая во внимание тот факт, что давление уменьшается не более, чем на 10%, можно утверждать, что увеличение расстояния между молекулами водорода во время действия орбитального резонанса не превышает 4.6 *10-12 метра.
    • 7. Оценивая максимальное относительное изменение расстояния между двумя молекулами водорода под действием наблюдаемой “термо-гравитационной аномалии”, необходимо принять во внимание величину расстояния между КРТ и Луной, которое измерялось синхронным реверберационно-корреляционным методом и составляло D = 483519250.2 метров на гребне наблюдаемого явления.

Таким образом, имеем:

h ~ dL/ D = 4.6 E-10-12 / 483519250.2 = 9.51 *10-21. (6)

Представленный выше алгоритм позволил рассчитать временную диаграмму относительного изменения расстояния между двумя молекулами водорода в ресурсном баллоне БВСЧ-1 на интервале орбитального резонанса. Результаты расчета представлены на рис. 10 в виде графика. Полученный график по форме напоминает профиль волнового процесса наблюдаемого на Земле на водных поверхностях. Для сравнения, в качестве иллюстрации, в правом верхнем углу рисунка 10 представлен фрагмент подобного волнового процесса. Отметим, что к полученным результатам следует отнестись с осторожностью, так как на всём интервале наблюдений было зарегистрировано только два характерных случая резкого уменьшения давления молекулярного водорода с последующим восстановлением исходного значения. Интервал между двумя отмеченными событиями составил около одного календарного года.

Рис. 10. Временная диаграмма изменения относительного расстояния между молекулами водорода на интервале орбитального резонанса.

Полученная величина относительного изменения расстояния между двумя молекулами водорода находится в рабочем диапазоне чувствительности наземных детекторов гравитационных волн типа LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), которая простирается в диапазоне от 10-21 до 10-24 [19,21]. Таким образом, исследуемый орбитальный резонанс может быть изучен наземными оптическими и радиотехническими средствами. Отметим, что в подобных исследованиях необходимо учитывать достоинство орбитального квантового детектора, которое заключается в отсутствии антропогенных шумов на борту КА. Особенность полученного результата состоит так же в том, что он не противоречит гипотезе раннего поиска гравитационных волн: “…характерная амплитуда гравитационной волны, производящей возмущение пространства-времени, в безразмерной форме могла бы представляться меняющимся во времени полем относительных де формаций h, или - на языке дифференциальной геометрии динамических вариаций метрики пространства, окружающего детектор”[19].

Вероятно, период обнаруженного эффекта связан с периодом эволюции орбиты Луны, который по приблизительным оценкам составляет более 18 лет [15] . С практической точки зрения, рис.10 иллюстрирует величину максимальной относительной деформации в диапазоне ~10-21, который может быть использована в качестве ориентира стабильности частоты при конструировании перспективных квантовых генераторов и квантовых вычислительных систем при отсутствии антропогенных шумов.

VI. Пространственно –временная синхронизация бортовой и наземной квантовых шкал времени с использованием эффекта “термо-гравитационной аномалии” на интервале орбитального резонанса.

Обнаруженное явление представляет значительный интерес для решения задачи пространственно-временной синхронизации бортовой и наземных квантовых шкал времени. Эти шкалы используются наземно-космическими интерферометрами в качестве ключевых средств измерений скорости, дальности и ускорения. Сопоставление результатов настоящих исследований с ранними исследованиями БКШВ позволяет спрогнозировать диапазон среднесуточного релятивистского замедления времени. Рассмотренный эффект полезен для проектируемых роботизированных астрофизических обсерваторий, как для Лунной, так и для орбитальной, например, проекта “Миллиметрон” [20]. В качестве примера на рис. 11 представлен график, который иллюстрирует экстраполяционную логику прогнозирования среднесуточного замедления Лунной квантовой шкалы времени (ЛКШВ) относительно аналогичной наземной квантовой шкалы времени с использованием результатов измерений проекта “РадиоАстрон”. График построен по результатам перерасчета измерений, полученных в ходе исследования БКШВ [13]. На рис.11 отмечен диапазон изменений замедления хода атомных часов на основе водородного стандарта частоты типа VCH-1010. Метод контрольных пунктов (или метод орбитальных часовых маяков) предполагает наличие пространственно – временной синхронизации между наземной и бортовой (или Лунной) квантовыми шкалами времени. Применение эффекта термо-гравитационной аномалии позволит, при прочих равных условиях, снизить погрешность синхронизации более чем в 10 раз.

Отметим, что модернизация водородных стандартов частоты типа VCH-1010 для использования на Лунной поверхности должна предусматривать установку дополнительных реголитных фильтров. Фильтры необходимы для обеспечения квантового генератора качественным вакуумом на поверхности естественного спутника Земли.

Рис. 11. Эффект релятивистского замедления времени на борту КРТ “РадиоАстрон”, представленный в виде измеренной зависимости среднесуточного замедления БКШВ для различных удалений КА от поверхности Земли на интервале непрерывной работы БВСЧ-2 в течение 685 суток (по результатам, опубликованным в препринте ФИАН N12, 2016г.)

VII. Выводы..

Представленная технология наблюдения термо-гравитационной аномалии позволяет решить интересные научно-технические задачи, такие как:

- Создание искусственного квантового генератора гравитационных колебаний с использованием космического радиотелескопа на резонансной орбите. Ресурсный баллон бортового водородного стандарта частоты можно использовать в качестве резонатора гравитационных колебаний.

- Создание и калибровка специализированного молекулярного детектора орбитально – гравитационного резонанса с низким уровнем антропогенных шумов.

- Создание оборудования для орбитальной станции сейсмических исследований с использованием технологий бортовых квантовых генераторов типа VCH-1010 в качестве детекторов гравитационных резонансов с возможностью изучения неравномерности вращения Земли. Изотропность используемого метода детектирования обусловлена равномерным распределением рабочего тела по всему объему ресурсного баллона БВСЧ-1. Это означает, что чувствительность молекулярного детектора не зависит от ориентации корпуса БВСЧ-1 относительно конструкции космического аппарата “Спектр-Р”, а сам метод детектирования предполагает сферическую диаграмму направленности по отношению к исследуемым воздействиям.

- Исследование температурной стабильности молекулярного водорода в условиях изохорического процесса на интервале орбитально-гравитационного резонанса с пользованием прецизионной термо-измерительной техники.

- Исследование влияния гравитационного резонанса на работу частотно-временного оборудования космических аппаратов на околоземных орбитах.

- Сопоставление результатов синхронного детектирования орбитального и наземного гравитационных колебаний.

- Определение погрешности пространственно-временной синхронизации бортовых шкал времени орбитальных обсерваторий в условиях орбитально-гравитационного резонанса с использованием результатов наблюдений наземно-космического интерферометра.

Библиография
1.
Абрамов В. В., Авдеев В. Ю., Алакоз А. В., Александров Ю. А., Анантакришнан С., Андреянов В. В., Андрианов А. С., Антонов Н. М., Артюхов М. И., Архипов М. Ю., Баан В., Бабакин Н. Г., Бабышкин В. Е., Бартель Н., Белоусов, К. Г., Беляев А. А., Берулис И. И., Бёрк Б. Ф., Бирюков А. В., Бургин М. С., Бубнов А. Е., Буска Дж., Быкадоров А. А., Бычкова В. С., Васильков В. И., Веллингтон К. Дж., Виноградов И. С., Витфилд Р., Войцик П. А., Гвамичава А. С., Гирин И. А., Гурвиц Л. И., Дагкесаманский Р. Д., ДАддарио Г. Л., Джиованини Г., Джонси Д. Л., Дьюдни П., Дьяков А. А., Журавлев В. И., Жаров В. Е., Заславский Г. С., Захваткин М. В., Зиновьев А. Н., Илинен Ю., Ипатов А. В., Каневский Б. 3., Кардашев Н. С., Кнорин И. А., Кассе Ж. Л., Келлерманн К. И., Ковалев Ю. А., Ковалев Ю. Ю., Коваленко А. В., Коган Б. Л., Комаев Р. В., Коноваленко А. А., Копелянский Г. Д., Корнеев Ю. А., Костенко В. И., Котик А. Н., Крейсман Б. Б., Кукушкин А. Ю., Кулишенко В. Ф., Купер Д., Кутькин А. М., Кэннон В. X., Ларионов М. Г., Лисаков М. М., Литвиненко Л. Н., Лихачев С. Ф., Лихачева Л. Н., Лобанов А. П., Логвиненко С. В., Лэнгстон Г., Мак-Кракен К., Медведев С. Ю., Мелёхин М. В., Мендеров А. В., Мерфи Д. В., Мизякина Т. А., Мозговой Ю. В., Николаев Н. Я., Новиков Б. С., Новиков И. Д., Орешко В. В., Павленко Ю. К., Пащенко И. Н., Пономарев Ю. Н., Попов М. В., Правин-Кумар А., Престон Р. А., Пышнов В. Н., Рахимов И. А., Рожков В. М., Ромни Дж. Д., Роша П., Рудаков В. А., Рэйзенен А., Сазанков С. В., Сахаров Б. А., Семенов С. К., Серебренников В. А., Скилицци Р. Т., Скулачев Д. П., Слыш В. И., Смирнов А. И., Смит Дж. Г., Согласнов В. А., Соколовский К. В., Сондаар Л. X., Степаньянц В. А, Турыгин М. С., Турыгин С. Ю., Тучин А. Г., Урпо С., Федорчук С. Д., Финкельштейн А. М., Фомалонт Э. Б., Фейеш И., Фомина А.Н., Хапин Ю. Б., Хартов В. В., Царевский Г. С., Цензус Дж. А., Чуприков А. А., Шацкая М. В., Шапировская Н. Я., Шейхет А. И., Ширшаков А. Е., Шмидт А., Шнырева Л. А., Шпилевский В. В., Экепес, Р. Д., Якимов В. Е. «Радиоастрон»-телескоп размером 300 000 км: основные параметры и первые результаты. Астрономический Журнал. № 3. Том 90. 2013, С. 179-222. http://www.asc.rssi.ru/radioastron/publications/articles/agh_2013,90,179_ru.pdf
2.
Заславский Г. С., Захваткин М. В., Кардашев Н. С., Ковалев Ю. Ю., Михайлов Е. А., Попов М. В., Соколовский К. В., Степаньянц В. А., & Тучин А. Г. Проектирование коррекции траектории космического аппарата Спектр-Р при наличии погружений его в сферу влияния Луны. Космические исследования. № 4. Том 55. 2017, С. 305-320. https://doi.org/10.7868/S0023420617040057
3.
Кардашев Н. С., Крейсман Б. Б., Погодин А. В., Пономарев Ю. Н., Филиппова Е. Н., & Шейхет А. И. Проектирование орбиты космического аппарата «СПЕКТР-Р» для наземно-космического интерферометра. Космические исследования. № 5. Том 52. 2014. С. 366-375. DOI: 10.7868/S0023420614050069
4.
Захваткин М. В., Пономарев Ю. Н., Степаньянц В. А., Тучин А. Г., Заславский Г. С. Навигационное обеспечение научной миссии «РАДИОАСТРОН». Космические исследования. № Том. 52. 2014, С. 376-386. https://doi.org/10.7868/S0023420614050136
5.
Лисаков М. М., Войнаков С. М. Сыров А. С., Соколов В. Н., Добрынин Д. А., Шатский М. А., Камальдинова Р. А., Сосновцев В.В., Рябогин Н. В., Вьюнитская Т. Б., & Филиппова Е. Н. Работа системы ориентации космического аппарата «СПЕКТР-Р». Космические исследования. № 5. Том 52. 2014,С. 399-407. DOI: 10.7868/S0023420614050094
6.
Андреянов В. В., Кардашев Н. С., & Хартов В. В. Наземно-космический радиоинтерферометр «РАДИОАСТРОН». Космические исследования. № 5. Том 52. 2014, С. 353-359. http://dx.doi.org/10.7868/S002342061405001X
7.
Хартов В. В., Ширшаков А. Е., Артюхов М. И., Казакевич Ю. В., Воробьев А. З., Калашников А. И., Погодин А. В., Филиппова Е. Н., & Комовкин С. В. Особенности управления миссией «РАДИОАСТРОН». Космические исследования. № 5. Том 52. 2014, С. 360-365. http://dx.doi.org/10.7868/S0023420614050070
8.
Андреянов В. В. Формат данных и моды наблюдений интерферометра «Радиоастрон». Космические исследования. №3. Том 53. 2015, С. 195-198. http://www.asc.rssi.ru/RadioAstron/publications/articles/ki_2015,53,195.pdf
9.
Ковалев Ю. А, Васильков В. И., Попов М. В., Согласнов В. А., Войцик П. А. Лисаков М. М., Кутькин А. М., Николаев Н. Я., Нижельский Н. А., Жеканис Г. В., & Цыбулев П. Г. Проект «РАДИОАСТРОН». Измерения и анализ основных параметров космического телескопа в полете в 2011-2013 гг. Космические исследования. № 5. Том 52. 2014, С. 430-439. https://doi.org/10.7868/S0023420614050082
10.
Зиновьев А.Н. Технология синхронных измерений дальности с использованием эффекта реверберации в условиях орбитального полета космического радиотелескопа проекта РадиоАстрон // Программные системы и вычислительные методы.-2019.-№ 1.-С. 107-119. DOI: 10.7256/2454-0714.2019.1.29494 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=29494
11.
Зиновьев А. Н Результаты исследований двух бортовых стандартов частоты типа VCH-1010 проекта “РадиоАстрон” в лабораторных условиях // Информационные технологии в области науки (астрофизика), Препринт N11, ФИАН, 2009,-26 c.
12.
Зиновьев А. Н. Исследование бортовой квантовой шкалы времени в условиях орбитального полета космического радиотелескопа проекта «РадиоАстрон».// Космич.иссл. № 3. Том 53. 2015, С. 207-213. ISSN: 0023-4206
13.
Зиновьев А. Н., Коваленко А. В. Технология исследования бортовой квантовой шкалы времени космического радиотелескопа проекта РадиоАстрон с использованием результатов стерео экспериментов в 2013-2014 гг.// Информационные технологии в области науки (астрофизика), Препринт N12, ФИАН, 2016,-37 c. ISSN 2410-4914.
14.
Зиновьев А. Н. Технология синхронных измерений дальности до космического радиотелескопа в режиме «КОГЕРЕНТ» в условиях орбитального полета // Радиотелескопы, аппаратура и методы радиоастрономии (ВРК-2018), 17-21 сентября 2018г. Санкт-Петербург, Россия, Тезисы докладов,-СПб.: ИПА РАН, 2018,-107 с.
15.
Дагаев М.М., Демин В.Г., Климишин И.А., Чаругин В.М. Астрономия. Москва: «Просвещение», 1983,-384 с.
16.
Астрокосмический центр ФИАН. Электронный справочник наблюдателя в проекте РадиоАстрон (на английском языке).URL: http://www.asc.rssi.ru/radioastron/documents/rauh/en/rauh.pdf .
17.
Евграфова Н.Н., Каган В.Л. Курс физики. Москва, «Высшая школа», 1973,-480 с.
18.
Одуан К., Гино Б. Измерение времени. Основы GPS. Москва: «Техносфера», 2002,-400 с.
19.
Руденко В.Н. Поиск гравитационных волн. Фрязино: «Век 2», 2007,-64 с.-«Наука сегодня». ISBN 978-5-85099-1 71-5.
20.
Космическая обсерватория Миллиметрон. http://millimetron.ru/index.php/ru/obzor-proekta/tsel-missii; http://asc-lebedev.ru/
21.
B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Phys. Rev. Lett. 116, 061102 – Published 11 February 2016. URL: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102
References (transliterated)
1.
Abramov V. V., Avdeev V. Yu., Alakoz A. V., Aleksandrov Yu. A., Anantakrishnan S., Andreyanov V. V., Andrianov A. S., Antonov N. M., Artyukhov M. I., Arkhipov M. Yu., Baan V., Babakin N. G., Babyshkin V. E., Bartel' N., Belousov, K. G., Belyaev A. A., Berulis I. I., Berk B. F., Biryukov A. V., Burgin M. S., Bubnov A. E., Buska Dzh., Bykadorov A. A., Bychkova V. S., Vasil'kov V. I., Vellington K. Dzh., Vinogradov I. S., Vitfild R., Voitsik P. A., Gvamichava A. S., Girin I. A., Gurvits L. I., Dagkesamanskii R. D., DAddario G. L., Dzhiovanini G., Dzhonsi D. L., D'yudni P., D'yakov A. A., Zhuravlev V. I., Zharov V. E., Zaslavskii G. S., Zakhvatkin M. V., Zinov'ev A. N., Ilinen Yu., Ipatov A. V., Kanevskii B. 3., Kardashev N. S., Knorin I. A., Kasse Zh. L., Kellermann K. I., Kovalev Yu. A., Kovalev Yu. Yu., Kovalenko A. V., Kogan B. L., Komaev R. V., Konovalenko A. A., Kopelyanskii G. D., Korneev Yu. A., Kostenko V. I., Kotik A. N., Kreisman B. B., Kukushkin A. Yu., Kulishenko V. F., Kuper D., Kut'kin A. M., Kennon V. X., Larionov M. G., Lisakov M. M., Litvinenko L. N., Likhachev S. F., Likhacheva L. N., Lobanov A. P., Logvinenko S. V., Lengston G., Mak-Kraken K., Medvedev S. Yu., Melekhin M. V., Menderov A. V., Merfi D. V., Mizyakina T. A., Mozgovoi Yu. V., Nikolaev N. Ya., Novikov B. S., Novikov I. D., Oreshko V. V., Pavlenko Yu. K., Pashchenko I. N., Ponomarev Yu. N., Popov M. V., Pravin-Kumar A., Preston R. A., Pyshnov V. N., Rakhimov I. A., Rozhkov V. M., Romni Dzh. D., Rosha P., Rudakov V. A., Reizenen A., Sazankov S. V., Sakharov B. A., Semenov S. K., Serebrennikov V. A., Skilitstsi R. T., Skulachev D. P., Slysh V. I., Smirnov A. I., Smit Dzh. G., Soglasnov V. A., Sokolovskii K. V., Sondaar L. X., Stepan'yants V. A, Turygin M. S., Turygin S. Yu., Tuchin A. G., Urpo S., Fedorchuk S. D., Finkel'shtein A. M., Fomalont E. B., Feiesh I., Fomina A.N., Khapin Yu. B., Khartov V. V., Tsarevskii G. S., Tsenzus Dzh. A., Chuprikov A. A., Shatskaya M. V., Shapirovskaya N. Ya., Sheikhet A. I., Shirshakov A. E., Shmidt A., Shnyreva L. A., Shpilevskii V. V., Ekepes, R. D., Yakimov V. E. «Radioastron»-teleskop razmerom 300 000 km: osnovnye parametry i pervye rezul'taty. Astronomicheskii Zhurnal. № 3. Tom 90. 2013, S. 179-222. http://www.asc.rssi.ru/radioastron/publications/articles/agh_2013,90,179_ru.pdf
2.
Zaslavskii G. S., Zakhvatkin M. V., Kardashev N. S., Kovalev Yu. Yu., Mikhailov E. A., Popov M. V., Sokolovskii K. V., Stepan'yants V. A., & Tuchin A. G. Proektirovanie korrektsii traektorii kosmicheskogo apparata Spektr-R pri nalichii pogruzhenii ego v sferu vliyaniya Luny. Kosmicheskie issledovaniya. № 4. Tom 55. 2017, S. 305-320. https://doi.org/10.7868/S0023420617040057
3.
Kardashev N. S., Kreisman B. B., Pogodin A. V., Ponomarev Yu. N., Filippova E. N., & Sheikhet A. I. Proektirovanie orbity kosmicheskogo apparata «SPEKTR-R» dlya nazemno-kosmicheskogo interferometra. Kosmicheskie issledovaniya. № 5. Tom 52. 2014. S. 366-375. DOI: 10.7868/S0023420614050069
4.
Zakhvatkin M. V., Ponomarev Yu. N., Stepan'yants V. A., Tuchin A. G., Zaslavskii G. S. Navigatsionnoe obespechenie nauchnoi missii «RADIOASTRON». Kosmicheskie issledovaniya. № Tom. 52. 2014, S. 376-386. https://doi.org/10.7868/S0023420614050136
5.
Lisakov M. M., Voinakov S. M. Syrov A. S., Sokolov V. N., Dobrynin D. A., Shatskii M. A., Kamal'dinova R. A., Sosnovtsev V.V., Ryabogin N. V., V'yunitskaya T. B., & Filippova E. N. Rabota sistemy orientatsii kosmicheskogo apparata «SPEKTR-R». Kosmicheskie issledovaniya. № 5. Tom 52. 2014,S. 399-407. DOI: 10.7868/S0023420614050094
6.
Andreyanov V. V., Kardashev N. S., & Khartov V. V. Nazemno-kosmicheskii radiointerferometr «RADIOASTRON». Kosmicheskie issledovaniya. № 5. Tom 52. 2014, S. 353-359. http://dx.doi.org/10.7868/S002342061405001X
7.
Khartov V. V., Shirshakov A. E., Artyukhov M. I., Kazakevich Yu. V., Vorob'ev A. Z., Kalashnikov A. I., Pogodin A. V., Filippova E. N., & Komovkin S. V. Osobennosti upravleniya missiei «RADIOASTRON». Kosmicheskie issledovaniya. № 5. Tom 52. 2014, S. 360-365. http://dx.doi.org/10.7868/S0023420614050070
8.
Andreyanov V. V. Format dannykh i mody nablyudenii interferometra «Radioastron». Kosmicheskie issledovaniya. №3. Tom 53. 2015, S. 195-198. http://www.asc.rssi.ru/RadioAstron/publications/articles/ki_2015,53,195.pdf
9.
Kovalev Yu. A, Vasil'kov V. I., Popov M. V., Soglasnov V. A., Voitsik P. A. Lisakov M. M., Kut'kin A. M., Nikolaev N. Ya., Nizhel'skii N. A., Zhekanis G. V., & Tsybulev P. G. Proekt «RADIOASTRON». Izmereniya i analiz osnovnykh parametrov kosmicheskogo teleskopa v polete v 2011-2013 gg. Kosmicheskie issledovaniya. № 5. Tom 52. 2014, S. 430-439. https://doi.org/10.7868/S0023420614050082
10.
Zinov'ev A.N. Tekhnologiya sinkhronnykh izmerenii dal'nosti s ispol'zovaniem effekta reverberatsii v usloviyakh orbital'nogo poleta kosmicheskogo radioteleskopa proekta RadioAstron // Programmnye sistemy i vychislitel'nye metody.-2019.-№ 1.-S. 107-119. DOI: 10.7256/2454-0714.2019.1.29494 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=29494
11.
Zinov'ev A. N Rezul'taty issledovanii dvukh bortovykh standartov chastoty tipa VCH-1010 proekta “RadioAstron” v laboratornykh usloviyakh // Informatsionnye tekhnologii v oblasti nauki (astrofizika), Preprint N11, FIAN, 2009,-26 c.
12.
Zinov'ev A. N. Issledovanie bortovoi kvantovoi shkaly vremeni v usloviyakh orbital'nogo poleta kosmicheskogo radioteleskopa proekta «RadioAstron».// Kosmich.issl. № 3. Tom 53. 2015, S. 207-213. ISSN: 0023-4206
13.
Zinov'ev A. N., Kovalenko A. V. Tekhnologiya issledovaniya bortovoi kvantovoi shkaly vremeni kosmicheskogo radioteleskopa proekta RadioAstron s ispol'zovaniem rezul'tatov stereo eksperimentov v 2013-2014 gg.// Informatsionnye tekhnologii v oblasti nauki (astrofizika), Preprint N12, FIAN, 2016,-37 c. ISSN 2410-4914.
14.
Zinov'ev A. N. Tekhnologiya sinkhronnykh izmerenii dal'nosti do kosmicheskogo radioteleskopa v rezhime «KOGERENT» v usloviyakh orbital'nogo poleta // Radioteleskopy, apparatura i metody radioastronomii (VRK-2018), 17-21 sentyabrya 2018g. Sankt-Peterburg, Rossiya, Tezisy dokladov,-SPb.: IPA RAN, 2018,-107 s.
15.
Dagaev M.M., Demin V.G., Klimishin I.A., Charugin V.M. Astronomiya. Moskva: «Prosveshchenie», 1983,-384 s.
16.
Astrokosmicheskii tsentr FIAN. Elektronnyi spravochnik nablyudatelya v proekte RadioAstron (na angliiskom yazyke).URL: http://www.asc.rssi.ru/radioastron/documents/rauh/en/rauh.pdf .
17.
Evgrafova N.N., Kagan V.L. Kurs fiziki. Moskva, «Vysshaya shkola», 1973,-480 s.
18.
Oduan K., Gino B. Izmerenie vremeni. Osnovy GPS. Moskva: «Tekhnosfera», 2002,-400 s.
19.
Rudenko V.N. Poisk gravitatsionnykh voln. Fryazino: «Vek 2», 2007,-64 s.-«Nauka segodnya». ISBN 978-5-85099-1 71-5.
20.
Kosmicheskaya observatoriya Millimetron. http://millimetron.ru/index.php/ru/obzor-proekta/tsel-missii; http://asc-lebedev.ru/
21.
B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Phys. Rev. Lett. 116, 061102 – Published 11 February 2016. URL: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102