Космические зеркала инженера Гарина: о создании уникального телескопа ART-ХС

Начальник научно-конструкторского отдела Института лазерно-физических исследований Российского федерального ядерного центра «Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» (РФЯЦ-ВНИИЭФ) Михаил Гарин в 2024 году получил премию Правительства РФ в области науки и техники за создание первого российского рентгеновского зеркального телескопа ART-ХС. О пути из фрезеровщиков в ученые, зеркалах из никеля и впечатлениях от космодрома Байконур он рассказал «Лаб. СР».

О пути в науку

Школу я окончил в 1988 году, в те времена все старшеклассники проходили раз в неделю производственную практику — ​осваивали рабочие профессии. Я учился на фрезеровщика, в 10‑м классе мне присвоили 2-й разряд. После выпускных экзаменов мы с другом-одноклассником поехали поступать в Московский автомеханический институт. Конструктором я мечтал стать еще с начальной школы и грезил о машинах. Но Москва после уютного и комфортного Сарова нам совсем не понравилась, да и от учебы хотелось отдохнуть. Мы сдали первый экзамен, забрали документы и уехали домой. Я устроился во ВНИИЭФ фрезеровщиком. Потом армия. После армии год поработал за станком и понял, что пора перебираться в кабинет. Поступил на вечернее отделение в саровский филиал МИФИ. Отучился шесть лет, получил диплом и стал уже в качестве инженера участвовать в научных проектах ВНИИЭФ. Путь в профессию у меня был достаточно долгий, но это позволило набраться нужного опыта.

О разработке

Идея космической астрофизической обсерватории для исследования Вселенной в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения возникла в Институте космических исследований Российской академии наук, ИКИ РАН. Там разрабатывали блок детекторов для регистрации фотонов рентгеновского излучения — ​ИКИ в этом большой специалист. Но прежде чем регистрировать фотоны, их нужно поймать. Для этого нужна была рентгеновская металлооптика, на тот момент в России ее не делал никто. ВНИИЭФ взялся освоить эту технологию, сконструировать и изготовить зеркальную систему для ART-XC, это один из телескопов международной космической обсерватории «Спектр-РГ».

В обычном зеркале жесткие рентгеновские лучи не отражаются — ​слишком высокая проникающая способность: фотоны пролетают насквозь или поглощаются поверхностью. Поэтому в рентгеновских телескопах используют зеркала скользящего падения, обеспечивающие очень острый угол отражения. Обычно их делают из металла. По форме рентгеновское зеркало представляет собой пологий конус. Рентгеновский луч скользит по нему, как гладкий камушек, брошенный вдоль поверхности воды.

Технология изготовления такова: на очень тщательно отполированную поверхность алюминиевой матрицы методом гальванопластики наносят слой никеля толщиной 0,3 мм, потом этот слой снимают с матрицы, и внутренняя поверхность этого слоя повторяет гладкую поверхность матрицы. Размер микронеровностей на отражающей поверхности зеркал телескопа не должен превышать 1 нм, поэтому процесс полировки самый трудный и может занять от двух недель до месяца.

Таких зеркал нужно было сделать очень много. Телескоп ART-XC, ему присвоено имя Михаила Павлинского (знаменитый специалист в области рентгеновской астрономии и космического приборостроения, научный руководитель проекта телескопа ART-XC. — ​«Лаб. СР»), ведет наблюдение за звездами с помощью семи оптических модулей одновременно. Каждый модуль включает 28 тонкостенных зеркальных оболочек, вставленных одна в другую. На специально созданных стендах мы собирали зеркала в оптическую систему и проводили юстировку оптических модулей.

О коллективе и личном вкладе

Премию получил коллектив из 10 ученых и инженеров: трое из ВНИИЭФ, один из «Роскосмоса», один из НПО им. Лавочкина и пятеро из ИКИ РАН. Но это далеко не все организации. Над телескопом работала очень большая и дружная команда. Корпусы для четырех опытных образцов телескопа — ​тубусы из углепластика высотой 3 м и диаметром чуть меньше метра — ​изготовили на Обнинском научно-производственном предприятии «Технология». Титановые фланцы — ​в Нижнем Новгороде, на «Красном Сормове». На Электромеханическом заводе «Авангард» в Сарове делали детали, электрические жгуты и собирали телескоп. ИКИ РАН изготовил электронные блоки: детекторы и систему управления.

Я участвовал во всех этапах: разрабатывал общую компоновку корпуса и отдельные узлы, курировал изготовление опытных образцов оборудования… Вырос вместе с проектом: начинал простым инженером, а закончил уже начальником отдела.

Отдельный большой пласт работ — ​испытания. Чтобы запустить в космос один телескоп, изготовили еще три, которые проверяли на Земле. После каждого теста дорабатывали конструкцию. Запомнились тепловакуумные испытания первого образца в НПО «Молния» в Москве. Телескоп поместили в установку, имитирующую космические условия. С виду это огромная бочка, в которой создается вакуум и космический холод. На испытаниях оказалось, что система подогрева не обеспечивает нужную температуру. Телескоп переохладился. Не хватило мощности нагревателей, которые мы установили. Что ж, отрицательный результат тоже результат. Конструкцию доработали, все сделали как надо, и на следующих испытаниях, в Ракетно-космическом центре «Прогресс» в Самаре, все прошло отлично.

Перед самым запуском обсерватории в космос ездили на Байконур. Меня больше всего поразил размер космодрома: от ворот проходной до помещения, где готовят к запуску ракеты-носители тяжелого класса «Протон», мы ехали почти час на автобусе.

О премии

Когда телескоп поработал в космосе несколько лет и были получены выдающиеся научные результаты, руководство института поручило готовить документы для номинации на премию. В Министерстве науки и высшего образования нам вручили дипломы, сфотографировали — ​достаточно быстро все прошло. Отпраздновали мы уже в ИКИ РАН. С коллегами из этого института у нас сложились очень хорошие отношения. Сейчас согласовываем техническое задание на новую работу, которая во многом стала возможной благодаря успехам ART-XC. Хотим разработать технологию навигации космического аппарата в пространстве по рентгеновским пульсарам. Это быстро вращающиеся нейтронные звезды. Их достаточно много, и сигнал от каждой уникальный. Если измерить сигнал от трех-четырех источников, можно рассчитать координаты и скорость космического аппарата прямо на борту, не прибегая к длительным измерениям с Земли.