В феврале 2025 года на Международной космической станции завершился этап тестирования рентгеновского спектрометра СПИН-Х1-МВН, установленного на внешней стороне служебного модуля «Звезда». Это стало кульминацией эксперимента «Монитор всего неба», который проводится в рамках программы исследований Института космических исследований Российской академии наук. Об этом «Жуковский.Life» рассказали в пресс-службе Госкорпорации «Роскосмос».
Спектрометр был установлен в декабре 2024 года во время выхода в открытый космос космонавтов Госкорпорации «Роскосмос» Алексея Овчинина и Ивана Вагнера. Научная аппаратура была разработана в отделе астрофизики высоких энергий ИКИ РАН, а её подготовка и сопровождение осуществляются Ракетно-космической корпорацией «Энергия» имени С. П. Королёва, Центром управления полётами Центрального научно-исследовательского института машиностроения и Центром подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина, которые входят в состав Роскосмоса.
Основная цель эксперимента — измерение поверхностной яркости космического рентгеновского фона в диапазоне энергий 6–70 кэВ с более высокой точностью по сравнению с существующими измерениями.
Монитор СПИН-Х1-МВН жёстко закреплён на посадочном месте и ориентирован в зенит станции, то есть всегда направлен в сторону от Земли. Это позволяет ему за 90 минут (период обращения МКС вокруг Земли) охватывать полоску на небе шириной около 3 угловых градусов. За 72 дня (прецессионный период станции) он делает полный обзор всего неба, за исключением областей полюсов эклиптики. Именно поэтому эксперимент и получил название «Монитор всего неба».
Основной метод измерения — периодическое перекрытие поля зрения каждого из четырёх детекторов на основе теллурида кадмия вращающимся экраном (обтюратором), который не пропускает рентгеновское излучение. В результате каждый детектор периодически открывается на 30 секунд для регистрации излучения из космоса, а затем на 30 секунд закрывается.
Яркость космического рентгеновского фона определяется как разность показаний детектора в открытом и закрытом состоянии при наблюдении частей неба, свободных от ярких галактических источников. Ожидается, что точность измерений достигнет нескольких процентов при накоплении статистики в течение трёх лет непрерывных наблюдений.
Вращение обтюратора было включено сразу после установки монитора в декабре 2024 года. Затем проводилась последовательная проверка и активация всех его систем, которая завершилась в феврале 2025 года, когда все детекторы начали работать в штатном режиме.
Во время первого тестового включения одного из детекторов 27 декабря 2024 года через его поле зрения проходило Солнце. Это событие не только продемонстрировало способность детектора фиксировать солнечное рентгеновское излучение и измерять его спектральные характеристики, но и показало, что обтюратор работает корректно.
Для успешного проведения эксперимента важно знать текущие спектральные характеристики прибора. Для этого в поле зрения детектора установлен блок калибровочных источников, который выдвигается механическим способом. Блок содержит изотоп америция-241, который имеет набор линий излучения в рабочем диапазоне спектрометра, что позволяет калибровать энергетическую шкалу.
Перед постановщиками эксперимента стоит задача учёта паразитного фонового сигнала, который складывается из двух источников: излучения самого прибора и высокоэнергетических заряженных частиц в околоземном пространстве.
МКС обращается по низкой орбите (высота около 400 км) с круговой траекторией, поэтому большую часть времени находится под защитой магнитного поля Земли. Это поле блокирует большую часть высокоэнергетических заряженных частиц, в основном испускаемых Солнцем. Однако в магнитном щите Земли есть слабое место — Южно-Атлантическая аномалия, которая простирается от южноамериканского континента через Атлантический океан к южной части Африки. В этом месте напряжённость магнитного поля резко падает, что снижает сопротивляемость потоку заряженных частиц.
Наклонение орбиты МКС к экватору Земли составляет около 52 градусов, поэтому трасса станции проходит через высокие широты, то есть приближается к магнитным полюсам Земли. В этих местах силовые магнитные линии направлены почти перпендикулярно поверхности Земли, что способствует проникновению заряженных частиц, движущихся по силовым линиям, в области значительно более низких высот.
В настоящее время идёт работа по оптимизации механизмов фильтрации и учёта общего паразитного фона. Аппаратура успешно фиксирует все воздействия высокоэнергетических частиц и фотонов, попадающих в поле зрения рентгеновского монитора, и отделяет их от инструментального фона прибора с помощью обтюратора. Это позволяет не только выполнять основную задачу эксперимента, но и решать ряд дополнительных научных и технологических задач, связанных с исследованиями Солнца, высокоэнергетических частиц и радиационной нагрузки на детекторы.