БТА (телескоп)

БТА («большой телескоп альт-азимутальный») — оптический телескоп с диаметром главного монолитного зеркала 6 м, крупнейший в Евразии. Установлен в Специальной астрофизической обсерватории около посёлка Нижний Архыз (Зеленчукский район Карачаево-Черкесии).

Являлся самым большим телескопом в мире с 1975 года, когда он превзошёл 5-метровый телескоп Хейла Паломарской обсерватории, и по 1993, когда заработал телескоп Кека с 10-метровым сегментированным зеркалом. Тем не менее, БТА оставался телескопом с крупнейшим в мире монолитным зеркалом вплоть до введения в строй в 1998 году телескопа VLT (диаметр 8,2 м).

Изготовленное зеркало оказалось некачественным и не давало необходимого разрешения, оно было заменено другим в 1979 году. С течением времени второе зеркало также начало деградировать и в 2007 году было принято решение модернизировать первое зеркало и снова его установить. Его обрабатывали в течение 10 лет и установили в 2018 году, но оно снова оказалось некачественным и было принято решение опять вернуть второе зеркало.

Устройство 
БТА является телескопом-рефлектором. Главное зеркало диаметром 605 см имеет форму параболоида вращения. Фокусное расстояние зеркала 24 метра, вес зеркала без учёта оправы — 42 тонны. Оптическая схема БТА предусматривает работу в главном фокусе главного зеркала и двух фокусах Несмита. В обоих случаях можно применять корректор аберраций.

Телескоп установлен на альт-азимутальной монтировке. Масса подвижной части телескопа — около 650 тонн. Общая масса телескопа — около 850 тонн.

Главный конструктор — доктор технических наук Баграт Константинович Иоаннисиани (ЛОМО).

Главное зеркало телескопа обладает значительной температурной инерционностью, которая приводит к деформации зеркала и искажению его рабочей поверхности. Для снижения влияния температурных эффектов на качество изображения башня телескопа изначально была оборудована системой вентиляции подкупольного пространства. В настоящее время в башне установлены охлаждающие установки, призванные в случае необходимости искусственно понизить температуру главного зеркала телескопа в соответствии с текущим прогнозом погоды.

Отражающее покрытие зеркала выполнено из незащищённого алюминия толщиной в 100 нанометров. Технология алюминирования главного зеркала телескопа, разработанная изготовителем, предусматривала замену рабочего слоя алюминия каждые 3—5 лет. Совершенствованием узлов вакуумной установки алюминирования зеркала (ВУАЗ-6) срок эксплуатации зеркального слоя удалось довести в среднем до 10 лет. Последний раз алюминиевый слой главного зеркала БТА менялся в июле 2015 года.

Расположение 
Телескоп установлен в Специальной астрофизической обсерватории (САО) на горе Семиродники у подножия горы Пастухова (2733 м) близ посёлка Нижний Архыз Зеленчукского района Карачаево-Черкесской Республики, РФ, на высоте 2070 м над уровнем моря.

История 
Построенный для Пулковской обсерватории в 1878 и установленный в 1885 году, 76-сантиметровый телескоп-рефрактор стал крупнейшим в мире уже в своё время. Из-за особенностей задач Пулковской обсерватории (в частности, точное время), ей не были нужны крупные рефлекторы. В 1924 году Симеизская обсерватория получила метровый (точнее, 40-дюймовый) английский рефлектор, на котором с 1926 года до вывоза телескопа в 1941 году в Германию немецко-фашистскими оккупантами проводили наблюдения Г. А. Шайн и В. А. Альбицкий.

В 1961 году в Крымской астрофизической обсерватории заработал изготовленный на Государственном оптико-механическом заводе телескоп ЗТШ-2,6 с диаметром зеркала 2,6 метра — крупнейший телескоп СССР и Европы. К тому времени учёные разработали 5-метровый телескоп и задумались о 6-метровом, на подходе был и радиотелескоп РАТАН-600. Решено было поставить оба инструмента рядом, так что потребовалось новое место для обсерватории.

Официально о решении Правительства СССР о создании в стране 6-метрового телескопа объявил А. Н. Косыгин в своём выступлении на 10-й Генеральной ассамблее Международного астрономического союза, проходившей в 1958 году в Москве.

25 марта 1960 года Совет Министров СССР принял постановление о создании телескопа-рефлектора, имеющего зеркало диаметром 6 метров. Основные работы были поручены Ленинградскому оптико-механическому заводу, Лыткаринскому заводу оптического стекла (ЛЗОС), Государственному оптическому институту им. С. И. Вавилова (ГОИ), а также ряду других предприятий.

Лыткаринский завод оптического стекла был утверждён основным исполнителем по разработке технологического процесса на отливку заготовки зеркала диаметром 6 м и по изготовлению заготовки зеркала. Предстояло отлить заготовку стекла массой 70 тонн, отжечь её и произвести сложную обработку всех поверхностей с изготовлением центрального сквозного отверстия и более 60 посадочных глухих отверстий на тыльной стороне.

В течение трёх лет был спроектирован и построен специальный корпус опытно-производственного цеха для изготовления заготовки БТА, в задачу которого входили монтаж и отладка оборудования, отработка промышленного техпроцесса и изготовление заготовки зеркала. Основное оборудование цеха было уникальным, не имеющим аналогов.

Специалистами ЛЗОС и ГОИ были проведены исследования и разработан состав стекла, которое отвечало заданным требованиям. В результате проведённых работ был разработан технологический процесс, согласованный с ГОИ, по которому произведена пробная производственно-экспериментальная отливка заготовки диаметром 6200 мм. На этой опытной заготовке были отработаны все режимы и приёмы работы, а также организация отлива. Был составлен технологический процесс для отлива штатной заготовки.

В ноябре 1964 года была отлита первая заготовка главного зеркала, которая отжигалась, то есть медленно охлаждалась при заданном режиме, более 2 лет. Для обработки этой заготовки требовалось снять около 25 тонн стекла. Имевшийся опыт обработки крупногабаритных заготовок оказался непригодным, было принято решение о применении алмазного оборудования, комплекс работ по созданию оптимальных режимов обработки позволил разработать и реализовать технологию изготовления промышленной заготовки главного зеркала. Обработка заготовки велась в течение почти полутора лет на специальном карусельном станке, созданном на Коломенском заводе тяжёлого станкостроения. Для получения заготовки заданной геометрической формы был спроектирован комплекс алмазного инструмента, где было использовано свыше  натуральных алмазов в виде порошка. Для удаления припуска 28 тонн, шлифования и полирования боковой поверхности было израсходовано  алмазов. Сложной была разметка и обработка 66 глухих отверстий для размещения механизмов разгрузки зеркала. Масса заготовки, рассчитанная по фактическим размерам, составила около 42 тонн. Приёмка заготовки для дальнейшей обработки лицевой стороны была произведена в сентябре 1968 года.

Точная обработка зеркала велась специалистами ЛОМО в специальном термостатированном корпусе на уникальном шлифовальном станке, изготовленном Коломенским заводом. В январе 1969 года зеркало было отшлифовано для получения сферической поверхности, к июню 1974 года была окончательно окончена полировка, и зеркало подготовлено к аттестации.

Создание этого уникального зеркала продолжалось почти 10 лет.

В 1968 году Главмосавтотранс доставил в обсерваторию крупногабаритные детали телескопа. В 1969 году была доставлена уникальная вакуумная установка для алюминирования главного зеркала.

В июне 1974 года началась транспортировка зеркала. После изготовления оно было законсервировано специальной защитной плёнкой и установлено в специальный транспортный контейнер. Имея в виду его исключительную ценность, были приняты чрезвычайные меры предосторожности при его транспортировке. Было принято решение о проведении пробной транспортировки имитатора зеркала по всему маршруту, что и было осуществлено с 12 мая по 5 июня 1974 года. По результатам были разработаны технические условия на перевозку зеркала. Трейлеры с контейнером и оправой были установлены на баржу, закреплены и с помощью мощного буксира доставлены через канал Москва — Волга, по Волге и каналу Волго-Дон до Ростова-на-Дону. Дальше трейлеры доставили его по дорогам Северного Кавказа до станицы Зеленчукская в Специальную астрофизическую обсерваторию (САО).

Оно было отправлено в конце июня, доставлено до обсерватории в августе 1974 года и в сентябре — октябре установлено в оправу. После опытной эксплуатации в течение зимы 1974/75 годов и весны 1975 года, обучения эксплуатационного персонала и проведения других работ 30 декабря 1975 года был утверждён акт Государственной межведомственной комиссии по приёмке Большого азимутального телескопа, и телескоп был введён в эксплуатацию.

Зеркало оказалось некачественным, бракованные участки были закрыты чёрными листами, чтобы не портилось изображение, создаваемое нормальными участками. В результате эффективная площадь зеркала была сравнима с 1-метровым телескопом.

Позднее было изготовлено и в августе 1978 года доставлено второе зеркало, в 1979 году оно было алюминировано и установлено на телескоп.

Проблемы 

Как и для других больших телескопов, большой проблемой являются температурные деформации главного зеркала. У БТА эта проблема особенно остро выражена из-за большой массы и термической инерции зеркала и купола, а также отсутствия адаптивной оптики, применяемой на всех больших телескопах, и позволяющей при наблюдении нивелировать атмосферные искажения путём ежесекундной коррекции формы зеркала и создания «искусственной звезды». Если температура зеркала БТА изменяется быстрее, чем на 2 °C в сутки, разрешение телескопа падает в полтора раза. Для увеличения продолжительности наблюдательного времени температура помещения телескопа регулируется с помощью системы кондиционирования и приводится к ожидаемой температуре ночного воздуха ещё до открытия забрала. Запрещено открывать купол телескопа при разности температур снаружи и внутри башни больше, чем на 10 °C, так как такие перепады температуры могут привести к разрушению зеркала. Многие из этих проблем решились бы, будь на телескопе современное зеркало из ситалла — впрочем, денег на него не нашлось. Взамен решили переделать имеющееся зеркало (см. ниже).

Второй проблемой являются атмосферные условия на Северном Кавказе. Так как место расположения телескопа находится по ветру от крупных вершин Кавказского хребта, турбулентность атмосферы значительно ухудшает условия видимости (особенно по сравнению с телескопами в более благоприятных местах) и не позволяет использовать весь потенциал угловой разрешающей способности зеркального телескопа.

За период наблюдений на БТА с 1 января 1994 года по 31 декабря 2010 года изображения с разрешением лучше 1 угловой секунды насчитывают 4 % (51 ночь), изображения с разрешением лучше 1,5 угловых секунды — 38 % (501 ночь), а изображения с разрешением лучше 2 угловых секунд — 67 % (881 ночь).

Несмотря на имеющиеся недостатки, БТА был и остаётся важным научным инструментом, способным видеть звёзды до 26-й величины. В таких задачах, как спектроскопия и спекл-интерферометрия, где собирающая способность важнее разрешения, БТА даёт хорошие результаты.

Модернизация 
Со временем главное зеркало стало терять необходимые свойства, и было принято решение заменить его первым зеркалом, которое пролежало рядом с башней БТА 29 лет с 1979 года. 11 мая 2007 года начата перевозка первого главного зеркала БТА на Лыткаринский завод оптического стекла (ЛЗОС) с целью глубокой модернизации. На этот период на телескопе было установлено второе главное зеркало. После обработки в Лыткарине — удаления с поверхности 7 миллиметров стекла и переполировки — телескоп был должен войти в десятку самых точных в мире.

Модернизация была окончена в ноябре 2017 года. Установка нового зеркала завершена 31 июля 2018 года. Обновлённая астрономическая оптика должна была позволить увеличить дальность наблюдения в полтора раза.

В ноябре 2018 года объявлено о начале тестовых наблюдений, которые были приостановлены ранее в связи работами по установке обновлённого зеркала.

В начале июня 2019 года руководство Специальной астрофизической обсерватории приняло решение о снятии обновлённого зеркала. Вместо него планируется вернуть старое зеркало, использовавшееся почти 40 лет, на которое будет нанесён новый отражающий слой.

Галерея

Примечания

Литература

Ссылки 

 Служба эксплуатации комплекса БТА САО РАН
 История создания телескопа / thinkit.ru по материалам блога, 2009
 Bill Keel’s Telescope Life List — Bolshoi Teleskop Azimultanyi — Впечатления астронома из США Уильяма Кила (William Keel), использовавшего БТА в 1990 году
 Описание БТА на сайте Отдела развития приоритетных направлений науки и технологий Минобрнауки России
 «Швабе» отгрузит зеркало для крупнейшего в Евразии телескопа в 2015 году, РосТех, 19 АВГ 2014

Институты РАН
Астрономические обсерватории России
Телескопы
Наука в Карачаево-Черкесии
ЛОМО