Аннотированный отчет УНЦ "АСТРОНОМИЯ".    1997.

Основной целью проекта на этапе 1997 г. было создание учебно-научного центра (УНЦ) ``Астрономия'' в г.С.-Петербурге в составе двух совместных лабораторий. Задачей УНЦ являлось обеспечение взаимодействия и координация совместной работы кафедр ВУЗов и лабораторий институтов РАН - участников проекта.
Руководство проектом осуществлялось академиком Ю.Н.Парийским при активной роли Совета  Руководителей УНЦ  "Астрономия". Выполнение работы проводилось в соответствии с Государственным Контрактом и Техническим заданием. Эта работа  успешно выполнена. Созданы две лаборатории: Лаборатория перспективных исследований в астрономии (ЛПИА), находящаяся по адресу: 198904 Санкт-Петербург, Петродворец, Библиотечная пл. 2, Астрономический институт СПбГУ, комнаты 3129 и 3130, тел. 428-42-51 (428-42-56), факс 428-71-29, E-mail: ag@aispbu.spb.su , URL http://www.aispbu.spb.su/JSEC/ ,  руководитель лаборатории - к.ф.-м.н. А.Г.Губанов. Лаборатория внедрения перспективных разработок (ЛВПР) на телескопах РАТАН-600 и БТА, находящаяся по адресу: 195251 Санкт-Петербург, ул.Политехническая, д.21, комн.109, тел. 247-22-23, факс 247-50-62, E-mail:vkh@brown.nord.nw.ru ,  URL http://brown.nord.nw.ru ,  руководитель лаборатории -- к.ф.-м.н. В.Б.Хайкин. В работе лабораторий принимали участие свыше 40 человек. Разработан и принят устав УНЦ, устанавливающий принципы работы УНЦ "Астрономия". Основные результаты этапа 1997 года можно суммировать следующим образом.
  1.  Выполнение совместных научно-исследовательских работ по проблемам формирования и эволюции галактик. Совместная научная работа велась по двум темам - ``Ранняя Вселенная и формирование галактик'' и ``Галактики как открытые системы''. В рамках первой темы академик РАН Ю.Н.Парийский выполнил исследования по сопоставлению возможностей основных астрономических инструментов России - РАТАН-600 и БТА САО РАН, с зарубежными существующими и проектируемыми радио- и оптическими телескопами. Им показана целесообразность привлечения инструментов САО к проблеме накопления данных по физике Ранней Вселенной и намечены пути качественного улучшения тех параметров РАТАН-600 и БТА, которые являются определяющими в этой области. Группой профессора Д.И.Нагирнера (СПбГУ) в составе Лаборатории перспективных исследований в астрономии (ЛПИА) УНЦ ``Астрономия'' выполнялась научная работа по исследованию процессов переноса излучения в ранней Вселенной. Сотрудниками ЛПИА Ю.В.Барышевым (СПбГУ) и А.Л.Громовым (СПбГТУ) проводились исследования по формированию крупномасштабной структуры и молодых объектов на больших красных смещениях. Выполнялись совместные теоретические разработки в СПбГУ и СПбГТУ с использованием данных наблюдений на крупных астрономических инструментах Специальной астрофизической обсерватории Российской Академии Наук (САО РАН). Эти работы ведутся в международной кооперации с астрономами Франции, Италии, Финляндии. Группой чл.-корр. РАН Д.А.Варшаловича в рамках исследований физики квазаров была разработана методика отбора дублетов тонкого расщепления, наблюдаемых в абсорбционных спектрах квазаров, которая позволила получить рекордно жесткие верхние оценки на скорости возможного изменения мировых постоянных на космологических временах. По теме ``Галактики как открытые системы'' был выполнен ряд теоретических и наблюдательных исследований галактик и галактических систем. Н.Я.Сотниковой (СПбГУ) исследованы зависимости между морфологическими и кинематическими характеристиками приливных деталей и свойствами темных гало, окружающих галактики. Показано, что структура и кинематика приливных образований являются индикатором присутствия и глобальных характеристик (массы и протяженности) темного вещества. А.Г.Губановым, В.П.Решетниковым и В.Б.Титовым (все трое -- СПбГУ) совместно с сотрудником САО РАН А.И.Копыловым выполнялась работа по отождествлению радиоисточников обзора FIRST с объектами богатых скоплений галактик. В работе использован материал, полученный из электронных баз данных новых высокочувствительных обзоров неба в оптическом и радиодиапазонах, имеющихся в свободном доступе в сети Internet, а также разработанная в НИАИ СПбГУ база данных скоплений галактик, использующая новейшие информационные технологии. Для детального исследования ряда отождествленных в процессе выполнения работы радиогалактик, а также выборки ярчайших галактик скоплений разработана совместная программа наблюдений на 1-метровом телескопе САО РАН. Программным комитетом САО для этой работы выделено наблюдательное время на весну 1998 года. В.П.Решетников вместе с Е.А.Евстигнеевой (СПбГУ) занимался исследованием "малых" взаимодействий (между массивной галактикой и небольшим спутником). Ими также проводится работа по изучению влияния сильного внешнего гравитационного воздействия на глобальные характеристики балджей и дисков галактик по выполненным ранее на 1.2-м телескопе (Франция) наблюдениям. А.Г.Крицук (СПбГУ) совместно с коллегами из института Макса Планка (Германия) выполнил численное исследование устойчивости равновесия горячих газовых корон гигантских эллиптических галактик и показал, что крупномасштабные возмущения термически неустойчивого газа короны могут приводить к образованию трансзвуковых струевидных потоков в направлении центра галактики. С.Г.Марченко (СПбГУ) и аспирант СПбГУ А.В.Юрченко совместно с сотрудниками Бостонского университета проводили исследования тонкой радиоструктуры блазаров, являющихся источниками гамма-излучения. Выполнена обработка VLBI-данных наблюдений на частотах 22 ГГц и 43 ГГц, полученных на VLBA-системе для выборки из 41 источника для ряда эпох за период с 1994 г. по 1997 г. Анализ данных показал, что все блазары имеют доминирующее неразрешенное ядро менее 0.2 миллисекунд дуги. Основная часть источников демонстрирует хорошо выраженные джеты, другие показывают только слабые вторичные компоненты. Для 13 источников выборки выполнена оценка видимых скоростей движения компонент в джетах. Найденные величины скоростей находятся в интервале от 0 до 25с, где с -- скорость света. По результатом проведенной в рамках двух тем научно-исследовательской работы подготовлено к печати 12 статей и сделано 13 докладов на международных и всероссийских конференциях.
  2. Разработка и внедрение новых перспективных режимов работы РАТАН-600. Выполнен большой обьем работ по моделированию характеристик и параметров антенны РАТАН-600 в режиме Радио-Шмидт телескоп (В.Б.Хайкин, Е.К.Майорова, М.И.Чухлебов - САО РАН.) Выполнена разработка приемной аппаратуры в микроволновом диапазоне волн с высоким временным разрешением для режима Радиогелиограф на радиотелескопе РАТАН-600 (В.М.Богод, Г.Б.Гельфрейх, А.С.Гребинский, Л.В.Опейкина - САО РАН).  Разработана рациональная модель управления облучателем на дуговом рельсовом пути в процессе длительного сопровождения космических источников на радиотелескопе РАТАН-600. Экспериментально исследованы существующие колебания скорости в процессе движения облучателя, вызванные внешними воздействиями, возникающими из-за изменения кривизны и уровня дугового рельсового пути, предложены пути снижения колебаний скорости, достигающих в отдельных точках рельсового пути 40\%, обоснована двухконтурная схема динамического управления(СДУ) облучателем по скорости и положению. Проведено первое пробное часовое сопровождение Солнца в режиме с  "сокращенной апетурой" на РАТАН-600. (В.Б.Хайкин, Е.К.Майорова, М.И.Чухлебов, В.М.Богод, С.Т. Тохчукова, В.Ф.Рухлев - САО РАН).

    3.      #Работы по  внедрению новых технологий на телескопах РАТАН-600 и БТА. Разработаны шестислойные печатные платы многофункциональных ПЗС-контроллеров нового поколения, построенных на базе высокопроизводительных цифровых сигнальных процессоров ADSP-21060 SHARC. Подготовлена техническая документация, выполнены подготовительные работы для изготовления многослойных печатных плат -- сложной составной части ПЗС камер с широким полем зрения и высоким разрешением(Маркелов, Мурзин, Иващенко, Борисенко- САО РАН). Исследованы параметры и характеристики микроволновых монолитных интегральных модулей (MMICs) с целью их  применения в многоэлементной (500-1000 элементов) фокальной реализация многолучевого режима работы радиотелескопа. Исследованы параметры диэлектрических материалов, применимых для целей построения фокальной приемной решетки с использованием MMIC- усилительных модулей. Проведено экспериментальное исследование на РАТАН-600 приемника, построенного на базе серийно изготовляемого СВЧ конвертора, использующего МMIC модули на частоте 3.95 ГГЦ с целью оценки достигаемой кратковременной и долговременной стабильности и дисперсии шума приемной системы. Исследованы точностные характеристики прибора ``Лазерная струна'', применяемого на РАТАН-600 для юстировки отражающей поверхности щитов РАТАН-600 в различных погодных условиях(Голосова, Хайкин- САО РАН). Исследованы характеристики ИК-прибора, измеряющего 2-х координатные перемещения объекта с точностью 25-50 мкм на дальности 20-25 м, с целью определения возможностей измерения колебаний частей  БТА и  деформаций вторичного зеркала РАТАН-600 в процессе сопровождения космических источников. Выявлен ряд недостатков прибора и предложены пути их устранения. Работа выполнялась совместно с проф. М.А.Великотным (СПбГИТМО). Исследованы характеристики высокоточных модуляционно-гироскопических датчиков c целью их применения для измерений возмущений системы динамического управления БТА в процессе ведения космических источников. Работа выполнялась  при участии ВВИА им.Жуковского. Выполнена разработка новой схемы автоматического управления щитом Плоского отражателя РАТАН-600 с использованием цифровых датчиков угол-код(Комар, Перваков - САО РАН). Экспериментально исследованы различные типы цифровых датчиков угол-код: инкрементный СКБИС(Russia) и абсолютный GURLEY PRECISION ISTRUMENTS(USA). Сделан вывод о целесообразности применения абсолютного (квази-абсолютного) 15-16 разрядного датчика угол-код для решения  задачи управления щитами  Плоского отражателя на современном уровне, а также в  системе управления куполом БТА. Работа выполнялась сотрудниками САО  при содействии инженеров компании GURLEY PRECISION INSTRUMENTS. Один из щитов Плоского отражателя оборудован в настоящее время цифровым датчиком GURLEY PRECISION INSTRUMENTS и может работать в новой схеме управления элементами Плоского отражателя. Выполнен анализ путей решения задачи высокоточного автоматического позиционирования облучателей РАТАН-600 в фокус радиотелескопа.   Успешно протестирован на высокоточном компараторе в Санкт-Петербурге и на радиотелескопе  РАТАН-600  прибор "Лазерная   рулетка" . Cделан вывод о возможности  применения прибора для решения задачи позиционирования облучателей  РАТАН-600. В этих работах принимали участие  сотрудники САО РАН  и  СПбГИТМО и использовался опыт СПбГТУПСа.

      #  Внедрение методов прецизионного контроля и исследование качества отражающей поверхности БТА. На этапе работ 1997 года по этому направлению осуществлялось доводка  метода Гартмана для прецизионного контроля и  исследования качества отражающей поверхности главного зеркала телескопа БТА. Выполнена разработка математических моделей адекватного описания погрешностей формы отражающей поверхности главного зеркала ,  математического и программного обеспечения для восстановления профиля зеркала по результатам анализа гартманограммы.
    (САРодионов,Н.Б.Вознесенский, В.Б.Домненко, А.Е.Гусев, Н.Д.Толстоба, Е.М.Истомина- СПбГИТМО).

     #  Развитие наблюдательных возможностей радиоастрономических приемных комплексов. Основной целью этапа работ 1997 года, выполняющегося на кафедре радиофизики СПбГТУ и в научно-учебном центре Оптоэлектронных проблем информатики совместно с сотрудниками сектора радиоастрономии САО РАН, являлось рассмотрение возможности использования новых технологий для улучшения параметров и расширения наблюдательных возможностей радиоастрономических приемных комплексов, в первую очередь радиотелескопа РАТАН-600. Работа проводилась применительно к задаче создания многоканальной приемной аппаратуры нового поколения для наблюдения Сахаровских осциляций (проект ``Генетический Код Вселенной''). Проведенная работа показала возможность построения многоканальных радиометров с большим числом каналов применительно к многолучевым радиотелескопам, работающим в параллельном режиме. Основное внимание было уделено использованию сигнальных процессоров в качестве выходных устройств многоканальных радиометров. Разработанное цифровое выходное устройство обеспечивает синхронную демодуляцию полезного сигнала и его накопление для всех каналов одновременно, что позволяет реализовать адаптивный режим работы радиометров. Для формирования многолучевой диаграммы антенны радиотелескопа рассмотрен вариант использования линейного многоэлементного облучателя с независимыми выходами. Исследование проводилось применительно к радиотелескопу РАТАН-600, работающему в режиме зенитных углов наблюдения. Разработано многофункциональное программно перестраиваемое устройство цифрового преобразования и обработки сигналов в реальном времени на основе цифровых сигнальных процессоров (ЦСП) типа ADSP 2181 и системы EZ-Kit Lite фирмы Analog Devices. Создан и экспериментально опробован совместно с акустооптическим спектроанализатором (АОС) макет такого выходного цифрового устройства. Разработаны алгоритмы работы и программное обеспечение выходного цифрового устройства на базе ADSP 2181 с учетом необходимости управления ФПЗС, которое также опробовано на лабораторном макете(.
     #Модернизация других наблюдательных комплексов, имеющихся у участников проекта.
      Модернизация телескопов ГАО и учебно-научного комплекса для мониторинга Солнца НИАИ СПбГУ. На этапе 1997 года выполнялась работа по модернизация астрографа короткофокусного двойного (АКД) и его приемной аппаратуры (ГАО РАН). Для этого был доставлен из КрАО в С.-Петербург телескоп МТМ-200, выполнена юстировка оптики и эскизное проектирование установки МТМ-200 на АКД. Заключен контракт с компанией C-SOFT, официальным дистрибьютером компании SBIG (США) в Европе, на поставку CCD-камеры ST-8 (1530x1200), турели для фильтров CFW-8 и комплекта фильтров, близких к системе UBVRI. Произведена предоплата (около 9 000 US\$). Выполнялись также работы по обеспечению комплексного мониторинга солнечной активности. Для этого был заключен договор с Санкт-Петербургским Филиалом САО РАН на разработку и изготовление малошумящего поляриметрического комплекса на ряд волн 6 см диапазона с высоким временным разрешением (1-3 мсек) и быстродействующей системы сбора информации на базе современной вычислительной техники, предназначенного для исследования характеристик магнитных полей и тонкой временной структуры солнечных всплесков. Произведена частичная оплата работы. Закуплены отдельные СВЧ узлы радиоастрономического приемника, предназначенного для доукомплектования аппаратурно - наблюдательного комплекса : модулятор, усилители, мультиплексоры Продолжена программно-аппаратная автоматизация управлением монитором солнечных вспышек, а именно, разработана и изготовлена плата управления шаговыми двигателями радиотелескопа от ЭВМ и разработана программа управления радиотелескопом от ЭВМ. Конечной целью этих работ является интенсивное использование модифицированных инструментов как в научной, так и учебной работе (проведение астрономических практик, выполнение курсовых, дипломных и диссертационных исследований). По результатам работ, выполненных в данном направлении, подготовлено к печати 5 статей и сделано 6 докладов на международных и всероссийских конференциях.

  3.  Разработка новых курсов лекций, спецпрактикумов и их электронных версий. Проведение учебных практик и лабораторных работ студентов в ВУЗах, участвующих в проекте. Доцентом СПбГУ В.А.Яковлевой подготовлены новые лабораторные работы по программе учебной практики по астрофизике для студентов 4 курса СПбГУ (проводившейся в сентябре 1997 г. на базе ГАО РАН, 16 чел.). Выполнялись наблюдения на астрографе короткофокусном двойном (АКД) с использованием ПЗС-камеры на основе ПЗС-матрицы ISD 015A (520x580 элементов) с привлечением сотрудников ГАО АН РАН И.С.Гусевой, Н.А.Соколова. В ГАО были также организованы лабораторные работы по астрометрии в октябре-декабре 1997 г. для студентов 5-го курса (3 чел.) на АКД ГАО. Сотрудником ГАО РАН И.С.Гусевой подготовлен спецкурс ``ПЗС-астрометрия'' для студентов-астрономов 4-го курса университета, который будет прочитан весной 1998 г. На основе курса лекций "Современная астрофизика" для студентов 3 курса физического факультета СПбГУ профессором Д.И.Нагирнером подготовлено методическое пособие "Элементы космологии" и его электронный вариант. Н.Я.Сотниковой (СПбГУ) в рамках разработки пособий для изучения внегалактической астрономии подготовлена учебная программа, моделирующая разрушение маломассивного спутника в поле тяготения массивной галактики. С.Г.Марченко (СПбГУ) был разработан специальный семинар по теме "Активные ядра галактик (АЯГ)", посвященный следующим вопросам современной внегалактической астрофизики: тахономия АЯГ; современные теоретические модели АЯГ; структура радиоджетов АЯГ на килопарсековых и парсековых масштабах, субсветовые и сверхсветовые скорости движения в джетах; амплитуды и временные масштабы переменности АЯГ от g до радио волн, наличие (или отсутствие) корреляции между переменностью в различных диапазонах. Семинар проводился с 1.10.97 по 25.10.97 для студентов 5 курса, специализирующихся в области наблюдательной астрофизики. Часть докладов была подготовлена и проведена студентами. Асприрантка М.А. Лукичева провела цикл наблюдений Солнца на миллиметровом радиотелескопе РТ-7.5 МГТУ. Получен наблюдательный материал для исследования спектральных характеристик миллиметровых источников радиоизлучения на Солнце. На базе ЛВПР проводятся научные семинары УНЦ "Астрономия", ведется подготовка и практика двух студентов СПбГТУ, одного студента СПбГИТМО, одного целевого аспиранта САО РАН из Карачаевского Педагогического Института.
  4.  Приобретение, установка, подключение и отладка современного компьютерного и сетевого оборудования в совместных лабораториях УНЦ. Установка операционных систем и инсталляция астрономических пакетов на компьютерах УНЦ. Для выполнения учебно-научных работ на современном уровне необходимо оснастить лаборатории УНЦ высокопроизводительным компьютерным и телекоммуникационным оборудованием. С этой целью приобретен и установлен в ЛПИА сервер начального уровня IBM PC Server 330. На нем установлена операционная система Linux и ведется инсталляция и настройка последних версий астрономических пакетов AIPS, MIDAS, DIFMAP, пакета FADPS для обработки наблюдений на РАТАН-600 и других систем, необходимых для обеспечения общих задач УНЦ. Выполнена работа по тестированию возможностей работы ОС Linux на сервере IBM PC-330, проверена работоспособность ядра версии 2.1.72 на этом сервере при работе с SCSI-контроллером и с RAID-массивом и выработаны рекомендации по дальнейшему развитию обеспечения его работы. ЛВПР также оборудована сервером на базе PC Pentium-233, тремя рабочими станциями, сетевыми средствами, приборами, необходимыми для выполения плановых работ. В ЛВПР построена локальная сеть, организован скоростной доступ к сети Интернет через центр "Политехник-ДЭК",  оборудованы рабочие места для научных сотрудников, студентов, аспирантов, работающих по задачам УНЦ. Обеспечена возможность удаленной работы между лабораториями УНЦ и САО РАН, реализован обмен данными, а также опробована возможность работы по модему для сотрудников УНЦ на серверах лабораторий. Операционная система Linux была установлена также на 5 новых рабочих местах обоих лабораторий. Инсталляция астрономических пакетов, по необходимости, выполнена также на ряде персональных компьютеров сотрудников ЛПИА и ЛВПР. Ведется обучение сотрудников, преподавателей, студентов работе на новом оборудовании и приемам работы с астрономическими пакетами.
  5. Проведение мероприятий по унификации имеющегося программного обеспечения для полной совместимости операционных систем компьютеров, локальных сетей, аппаратно--программных средств сетевого доступа в лабораториях УНЦ, ВУЗах и институтах РАН -- участниках Проекта. Одной из основных целей проекта является разработка объединенной информационной системы, способствующей повышению эффективности ведущихся в УНЦ ``Астрономия'' астрофизических исследований и учебной работы. В 1997 г. продолжена работа по совершенствованию Базы Астрономических данных (CATS)(Трушкин С.А., Верходанов О.В., Черненков В.А.-САО РАН). На этапе 1997 года задачи унификации программного обеспечения решались на основе распространения последних версий дистрибутивов Slakware (версия 3.4) и RedHat (версия 5.0) OS Linux с графической оболочкой X-Windows, и с упором на внедрение WWW-технологий гипертекстовой среды. Выполнены также предварительные работы по тестированию возможностей удаленной подготовки пакетных заданий, часто необходимых для выполнения экстренных наблюдательных программ, оперативного внесения дополнительных изменений в текущие программы и в других случаях(Черненков В.А.-САО РАН, Губанов -НИАИ).
  6.  Cоздание Web-страниц УНЦ. Организация электронных публикаций. В рамках проекта ведется создание и поддержка информационного представления центра в сети Internet. На сервере ЛВПР инсталлирован также и Web-сервер, на котором размещены HTML-документы УНЦ ``Астрономия'' ( http://brown.nord.nw.ru/). Их копии размещены на действующем в НИАИ СПбГУ Web-сервере (URL http://www.aispbu.spb.su/www/JSEC/). Начато формирование базы электронных публикаций по проблематике центра. В настоящее время представлен ряд статей сотрудников УНЦ. Готовится проведение и участие в электронных конференциях. Информация о центре размещается в справочных и поисковых системах по астрономической проблематике. Предполагается регулярное обновление HTML-страниц.
 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Несмотря на значительные организационные и технические трудности, а также ограниченность и позднее начало финансирования программы ``Интеграция'' его основная цель --- создание учебно-научного центра ``Астрономия'' в г. С.-Петербурге - успешно выполнена. В рамках центра организованы и  оборудованы две совместные лаборатории - лаборатория перспективных исследований в астрономии (ЛПИА) и лаборатория внедрения перспективных разработок на телескопах РАТАН-600 и БТА (ЛВПР). Разработан и принят устав УНЦ, устанавливающий принципы работы лабораторий и их взаимодействие с кафедрами ВУЗов и лабораториями РАН. В лабораториях начата интенсивная научная и учебная работа, регулярно проводятся научные семинары. Астрофизические исследования были, в основном, посвящены проблемам внегалактической астрономии и космологии и существенно использовали результаты наблюдений на крупнейших российских телескопах. С участием ведущих ученых РАН созданы новые астрономические курсы и методические материалы. Выполнен ряд технических разработок с целью развития  крупнейших отечественных телескопов РАТАН-600 и БТА. Они проведены с привлечением новейших технологий.  Объем и качество проделанной за короткий срок работы превзошли самые оптимистические первоначальные оценки. Нет сомнения, что при продолжении финансирования проект позволит поднять на новый качественный уровень учебную и научную работу по астрономии и смежным наукам в ВУЗах С.-Петербурга и в перспективе даст сильное молодое пополнение академических институтов и ВУЗов.