ГЕОДЕЗИЯ  НА  РАДИОТЕЛЕСКОПЕ  РАТАН-600.


Ю.К. Зверев.

      Изобретатель  антенны  переменного  профиля  (АПП)  С.Э. Хайкин  претворение  в  жизнь  своей  идеи  -  создания  большого  радиотелескопа  рефлекторного  типа  с  высокоточной  отражающей  поверхностью  в  виде  АПП  -  непосредственно  связывал  с  возможностями  классических  геодезических  измерений  того  времени  [ 1 ],  и  это  выдвигалось  им  как  весомый  аргумент  успешности  проекта.  Именно  поэтому  юстировка  Большого  пулковского  радиотелескопа  (БПР)  по  радиусу  выполнялась  при  помощи  инварной  проволоки,  хотя  и  100-метровой  (О.Н. Шиврис),  а  для  других  операций  предполагалось  оснастить  каждый  щит  теодолитом  ТТ-50  в  качестве  контрольно-установочного  устройства.

     Использование  геодезических  методов  при  подготовке  БПР  к  радиоастрономическим  наблюдениям  и  для  их  обеспечения  полностью  себя  оправдало,  и  они  были  применены  и  для  реконструкции  БПР.

     В  это  же  время  для  юстировки  БПР  успешно  разрабатывались  и  другие  методы :  радиотехнический  (А.А. Стоцкий),  не  совсем  точно  называемый  -  автоколлимационный  (А.А. Стоцкий, Н. Ходжамухаммедов),  и  радиоастрономический  (Г.Б. Гельфрейх,  О.А. Голубчина),  которые  предполагалось  внедрять  на  проектируемом  радиотелескопе  РАТАН-600.  Каждый  из  этих  методов  обладал  достоинствами,  и  каждый  из  них  имел  некоторые  преимущества  перед  геодезическими  методами.  Но  несмотря  на  последнее  обстоятельство,  внимание  к  геодезии  не  ослабевало,  что  проявилось  в  том,  что  геодезические  методы  по-прежнему  рассматривались  как  рабочие  в  проекте  РАТАН-600  [2[.

 1.       Сотрудничество  с  ЦНИИГАиК.

Конечно,  осуществление  проекта  РАТАН-600  было  немыслимо  без привлечения  большого  числа  специализированных  институтов  и  организаций.  В  области  геодезии  одним  из  таковых  стал  Центральный  Ордена  Знак  Почета  научно-исследовательский  институт  инженеров  геодезии,  аэрофотосъемки  и  картографии  им.  Ф.Н. Красовского  (ЦНИИГАиК),  и  в  частности,  отдел  специального  применения  геодезии  этого  института  (А.Г. Белевитин).

     На  протяжении  всего  периода  строительства,  ввода  в  эксплуатацию  и  дальнейших  исследований  радиотелескопа  РАТАН-600  сотрудничество  с  ЦНИИГАиК  было  самым  тесным,  все  проблемы  обсуждались  подробнейшим  образом,  решения  принимались  согласованно,  многие  работы  выполнялись  совместно.  Институт  организовал  в  месте  строительства  радиотелескопа  постоянную  экспедицию  (А.П. Глумов). 

     Основой  геодезических  измерений  на  площадке  РАТАН-600  является  опорная  геодезическая  сеть  -  плановая  и  высотная.  Форма  сети,  конструкции  геодезических  знаков  (плановых,  высотных  и  планово-высотных),  технология  их  закладки  были  разработаны  совместно,  совместно  же  была  разработана  первоначальная  программа  предстоящих  геодезических  работ  [3].

Рис.1.  Опорная  геодезическая  сеть  радиотелескопа  РАТАН-600.

      Сотрудниками  ЦНИИГАиК  был  выполнен  большой  объем  линейных  и  высотных  измерений  по  определению  положения  пунктов  опорной  сети.  Линейные  измерения  выполнялись  ежегодно  в  течение  нескольких  лет  по  программе  I  класса  базисным  комплектом  из  6  инварных  проволок.  В  результате  были  получены  абсолютные  значения  всех  «радиусов»,  данные  о  стабильности  плановых  пунктов  и  прогнозы  по  точности  при  использовании  пунктов  для  привязки  щитов  кругового  отражателя  по  радиусу.

     Определение  высотного  положения  пунктов  сети  (реперов)  выполнялось  по  программе  высокоточного  нивелирования  II  класса,  впоследствии  (с  1977  г.)  несколько  измененной  с  целью  повышения  точности  измерений.  В  результате  получены  значения  высот  пунктов  и  данные  об  их  стабильности  во  времени.

     Сотрудниками  ЦНИИГАиК  была  выполнена  важная  работа  по  определению  широты  и  долготы  центра  радиотелескопа,  а  также      астрономического  азимута  (по  программе  определений  I  класса)  опорного  направления  для  ориентирования  диаграммы  направленности  радиотелескопа.

     Для  обеспечения  монтажных  работ,  а  также  для  проведения  контроля  за  ними  в  ЦНИИГАиК  был  спроектирован  и  изготовлен  комплект  юстировочных  инструментов  «ЮС  РАТАН-600»  -  «юстировочная  станция  РАТАН-600»,  который  использовался  уже  при  заводских  испытаниях  опытных  образцов  щитов  кругового  и  плоского  отражателей.  На  этих  испытаниях  исследовались  деформации  ферм  щитов  при  их  наклонах,  правильность  взаимного  положения  осей,  качество  движения  и  наклонов  щитов,  величины  люфтов  и  т.п.  Исследования  выполнены  совместно. 

     Сотрудниками  ЦНИИГАиК  осуществлялось  сопровождение  строительных  и  монтажных  работ,  в  частности,  они  вели  разбивку  фундаментов,  опорных  тумб  и  домкратов  щитов  кругового  и  плоского  отражателей,  выполняли  юстировку  опорных  балок,  ориентирование  и  горизонтирование  угломестных  осей.  От  высотных  знаков  с  известными  значениями  высот по  методике  ЦНИИГАиК  были  выставлены  в  проектное  положение  опорные  балки  щитов  всего  кругового  отражателя  и  угломестные  оси  всех  щитов.  От  них  же,  т.е.  от  реперов,  были  установлены  опоры  щитов  плоского  отражателя.    

     Очень  большая  работа  выполнена  ЦНИИГАиК  по  формированию  отражающей  поверхности  щитов  как  кругового,  так  и  плоского  отражателей.  Первоначально  предполагалось,  что  поверхность  будет  формироваться  на  стапелях  для  круговых  и  плоских  щитов,  а  задача  геодезистов  -  установка  в  проектное  положение  «ножей»  стапеля  и  периодический  выборочный  контроль  вышедших  из-под  стапеля  щитов.  Однако  позднее  была  предложена  другая  методика,  обеспечивающая  более  высокую  точность,  -  «под  нивелир»,  по  которой  каждая  юстируемая  точка  поверхности  выставляется  в  проектное  положение  непосредственно  по  нивелиру.  По  такой  методике  были  «обработаны»  все  щиты  радиотелескопа.  Эта  же  методика  была  использована  при  повторном  формировании  поверхности  щитов,  вызванном  сменой  материала  отражающей  поверхности,  а  также  изменением  способа  крепления  щитов  под  стапелем.  В  конечном  результате  после  всех  усовершенствований  методики  поверхность  щитов  формировалась  со  ср. кв.  ошибками  < 0,10  мм  для  центральной  части  щита  и  < 0,15  мм  для  всей  поверхности,  что  лучше  ранее  установленных  проектных  значений  [4].  Работа  -  совместная.

     Большая  работа  выполнена  по  исследованию  изменений  высот  и  наклонов  угломестных  осей  щитов  при  их  радиальном  перемещении,  обусловленных  температурными  деформациями  фундаментных  колонн,  а  также  неплоскостностью  рельсов  опорной  балки.  Результаты  этого  исследования  непосредственно  учитывались  при  подготовке  радиотелескопа  к  наблюдениям.

2. Сопровождение  строительных  и  монтажных  работ.

Сопровождение  строительных  и  монтажных  работ  на  площадке  радиотелескопа  РАТАН-600  со  стороны  САО  (а  ранее  -  со  стороны  отдела  радиоастрономии  ГАО)  осуществлялось  на  всех  этапах  сооружения  радиотелескопа.  Так  уже  в  январе-феврале  1968  г.  было  выполнено  первое  астрономическое  наблюдение  на  площадке  РАТАН-600 :  определен  астрономический  азимут  одной  из  сторон  опорной  съемочной  сети  -  по  Полярной  и  по  Солнцу.

     Для  разбивки  фундаментов  щитов  кругового  отражателя  была  разработана  методика,  позволяющая,  опираясь  на  38  фиксированных  по  азимуту  с  точностью  порядка  ± 1”  и  измеренных  с  точностью  ± 2 мм,  выполнить  разбивку  основных  точек  фундаментов  со  ср. кв.  ошибкой  порядка  ± 5 мм  [5].  Эта  же  методика  применялась  для  выборочного  контроля  положения  возведенных  фундаментных  колонн  кругового  отражателя.  

     С  началом  монтажных  работ  по  установке  опорных  балок,  кареток,  а  затем  и  щитов  геодезические  измерения  переместились  на  эстакаду  кругового  отражателя.  Для  проверки  равномерной  расстановки  опорных  балок  на  окружности  была  опробована  методика  измерений  «равномерности»  расположения  при  помощи  обычной  50-метровой  рулетки  не  только  без  учета  натяжения  ее,  но  и  специально  с  разным  натяжением  в  разных  приемах  измерений.  Проверка  методики  дала  отличные  результаты,  в  дальнейшем  данная  методика  применялась  не  только  на  эстакаде  и не  только  на  дуговых  сооружениях  радиотелескопа.

     Наклоны  направляющих  рельсов  опорных  балок  выявлялись  при  помощи  специально  для  этого  изготовленного  микронивелира  с  ценой  деления  микрометра  0,01 мм.  Были  обследованы  опорные  балки  всех  щитов,  дефекты  устранялись,  получены  данные  об  отклонениях  рельсов  от  плоскости.

     Для  ориентирования  угломестных  осей  щитов  кругового  отражателя  имелось  несколько  методик,  наших  и  ЦНИИГАиК.  В  конце  концов  проверку  ориентировки  осей  уже  установленных  щитов  стали  выполнять  при  помощи  специального  устройства,  позволяющего  укладывать  ось  вращения  контрольной  зрительной  трубы  параллельно  проверяемой  угломестной  оси  щита,  а  также  по  методике  ЦНИИГАиК  при  помощи  автоколлимационного  теодолита,  эта  методика  применялась  также  для  контроля  и  настройки  упомянутого  выше  устройства.  Проверке  были  подвергнуты  все  щиты  кругового  отражателя,  операция  неоднократно  повторялась  в  процессе  эксплуатации  радиотелескопа.


     3.  Формирование  отражающей  поверхности  элементов  кругового  и плоского  отражателей.

     Как  уже  было  упомянуто  выше,  геодезисты  САО  активно  участвовали  в  работе  по  формированию  поверхности  щитов,  начиная  с  этапа  «переобшивки».  В  это  время  по  нашей  инициативе  был  также  изменен  способ  установки  и  фиксации  щита  под  стапелем  при  юстировке  поверхности :  щит  теперь  опирался  на  концы  своей  угломестной  оси,  как  и  на  опорной  балке  на  эстакаде.  Благодаря  этому,  практически  было  сведено  к  нулю  влияние  деформации  фермы  щита  на  качество  поверхности,  и  точность  поверхности  резко  возросла  [4,].  На  рис. 2  показано  распределение  ср. кв.  ошибок  поверхности  всех  щитов  кругового  отражателя  с  новым  материалом  «обшивки»  и  отъюстированных  по  измененной  методике.  
 

Рис. 2

  
      Технология  юстировки  щитов  предусматривает  контрольное  нивелирование  поверхности  каждого  щита,  из  которой  определяется  не  только  отклонения  полученной  поверхности  от  аппраксимирующей,  но  и  значения  кривизна  поверхности,  неплоскостность  положения  представительных  площадок  и  расстояния  от  этих  площадок,  а  значит,  и  от  поверхности,  до  угломестной  оси  щита.  Все  эти  данные  образуют  содержание  паспорта  щита.

     Впоследствии  было  разработано  несколько  методов  и  технологий  исправления  поверхности  щитов  непосредственно  на  их  «штатном  месте»,  т.е.  без  их  демонтажа  и  перевозки  в  стапельное  помещение.  Благодаря  этому,  удалось  выполнить  очень  большую  работу  по  проверке  качества  и  исправлению  поверхности  щитов,  а  также  по  оснащению  всех  щитов  кругового  отражателя  защитными  экранами  («закрылками»),  которые  в  дециметровом  диапазоне  можно  рассматривать  как  дополнительную  отражающую  поверхность,  существенно  увеличившую  площадь  кругового  отражателя.  В  это  же  время  была  проведена  фиксация  регулируемых  точек  поверхности  (вариант  В.Б. Хайкина)  для  предотвращения  ухудшения  поверхности  со  временем.  В  процессе  выполнения  описанных  операций  были  обмерены,  исправлены  и  закреплены  поверхности  всех  щитов  кругового  (895  щитов)  и  плоского  (124)  отражателей.

 4.       Формирование  поверхности  вторичных  зеркал  радиотелескопа РАТАН-600.

     Для  формирования  отражающей  поверхности  вторичных  зеркал,  или  облучателей,  радиотелескопа  РАТАН-600  (облучателей  типа  II-III  и  V)  был  разработан  так  называемый  струнно-оптический  метод  [6,7].  Сущность  метода  заключается  в  том,  что  панели  поверхности  облучателя  выставляются  в  проектное  положение  при  помощи  оптико-механического  приспособления  типа  микрометра  от  струны,  натянутой  между  опорными  точками  с  известными  координатами,  близкими  к  координатам  проектной  поверхности.  Опорные  точки  крепятся  на  каркасе  зеркала  с  обеих  сторон  его  по  параболе  (с  точностью  1-2  мм).  Их  прямоугольные  координаты  определяются  из  высокоточных  геодезических  измерений :  линейных,  проецирования  вертикально  вверх  и  нивелирования  -  и  могут  быть  проинтерполированы  на  любую  точку  натянутой  струны.  Таким  образом  можно  определить  положение  любой  точки  юстируемой  поверхности,  в  том  числе  и  точки  регулируемой,  относительно  поверхности  проектной  и,  следовательно,   проконтролировать  выставление  этой  точки  в  нужное  положение.  Схема  определения  координат  опорных  точек  показана  на  рис. 3.

 

Рис. 3

 

          Этим  методом  юстируемые  точки  поверхности  облучателя  №1  были  выставлены  в  проектное  положение  со  ср. кв.  ошибкой  ± 0,10  мм,  с  учетом  ошибок  заводского  изготовления  панелей  суммарная  ошибка  поверхности  оказалась  не  хуже  ± 0,15  мм.  Из  повторных  юстировок  выяснилось,  что  опорные  точки  стабильны  в  течение  5-6  лет  со  ср. кв.  ошибкой  порядка  ± 0,1  мм,  а  положение  юстируемых  точек  ухудшается    до  ср. кв.  ошибки  ± 0,15  мм.

     Описанным  методом    были  отъюстированы  поверхности  облучателей  №№ 2  и  3  (типа  II-III),  и  кроме  того,  он  был  модифицирован  для  облучателя  типа  V,  имеющего  отражающую  поверхность  большего  размера.

     Облучатель  типа  VI,  зенитный,  имеет  два  зеркала:  параболическое,  диаметром  10  м,  и  коническое,  высотой  5  м.  Поверхность  параболического  зеркала  была  сформирована  широко  применяющимся  в  юстировочной  практике  способом  -  при  помощи  флаг-шаблона  (конструкция  Сызранского  завода,  методика  ЦНИИГАиК). Согласно  контрольным  измерениям  ЦНИИГАиК,  качество  отъюстированной  поверхности  характеризуется  ср. кв.  ошибкой  ± 0,2  мм.  Работа  -  совместная.

     Для  формирования  поверхности  конического  зеркала  был  модифицирован  ранее  описанный  струнно-оптический  метод.  В  этой  модификации  эталонная  коническая  поверхность  задается  вращением  струны,  натянутой  под  углом  в  45°  к  вертикальной  оси  конуса,  вокруг  этой  оси.  Один  конец  струны  крепится  в  точке,  совпадающей  с  вершиной  конуса,  а  другой  -  к  концу  вращающейся  стрелы,  ось  вращения  которой  совпадает  как  с  осью  конуса,  так  и  с  осью  параболы

Схематично  все  это  изображено  на  рис. 4  [8 ].

 


Рис. 4.

 

Панели  конической  поверхности  устанавливались  от  струны  при  помощи  оптико-механического  микрометра.  После  окончания  юстировки  этим  же  способом  были  выполнены  контрольные  измерения,  согласно  которым  точность  поверхности  характеризуется  ср. кв.  ошибкой  ± 0,3  мм.

5.       Формирование  поверхности  главного  зеркала  РАТАН-600.

Формирование  поверхности  главного  зеркала  РАТАН-600  - кругового отражателя  -  осуществляется  путем  перемещения  щитов  из  исходного  положения  в  расчетное.  Поэтому  первейшая  задача  юстировки  -  определение  мест  нулей  (МО),  т. е.  отсчетов  по  отсчетно-установочным  устройствам  (ОУУ)  в  исходном  положении  щитов.  С  этой  целью  были  разработаны  методы  и  инструменты  для  определения  положения  щитов  по  радиусу  относительно  выбранной  окружности,  по  азимуту  относительно  направления  на  центр  радиотелескопа  и  по  углу  места  относительно  отвесной  линии  [3].

     Принятыми  методами  определение  азимутального  и  угломестного  положения  выполняется  со  ср. кв.  ошибками  порядка  ± 10"  и  ±5"  соответственно,  что  значительно  лучше  допустимых  значений,  а  также  намного  точнее  отработки  задания  на  установку  щитов  по  ОУУ.  Поэтому  на  практике  при  определении  МО  измерения  выполняются  как  минимум  двумя  приемами,  чтобы  уменьшить  влияние  погрешностей  отработки  [9,10].

     Определение  МО  по  радиусу  выполняется  при  помощи  специально  изготовленного  устройства,  представляющего  собой  зрительную  трубу  с  окулярным  микрометром  (обязательный  элемент)  на  длинной  (2 м)  горизонтальной  оси  вращения.  Своими  цапфами  на  концах  оси  приспособление  прикладывается  к  представительным  площадкам  двух  соседних  щитов,  один  из  которых  принимается  за  опорный,  а  другой  -  за  подстраиваемый.  Визирная  ось  трубы  -  перепендикулярна  оси  ее  вращения,  поэтому,  если  наводить  трубу  на  центр  радиотелескопа  радиальным  движением  подстраиваемого  щита,  то  в  момент  визирования  центра  подстраиваемый  щит  окажется  на  одной  окружности  с  опорным.  При  помощи  окулярного  микрометра  можно  весьма  точно  определить  микроотклонения  юстируемого  (подстраиваемого)  щита  от  выбранной  окружности.  Положение  опорного  и  подстраиваемого  щитов  на  окружности  показано  на  рис. 5.

Рис. 5.  Выставление  подстраиваемого  щита  на  окружность  щита  опорного : 

1  -  зрительная  труба;  2  -  окулярный  микрометр;  3  -  горизонтальная  ось  вращения  трубы;    4  -  цапфы;  5  -  представительные  площадки;  6  -  опорный  щит;  7  -  подстраиваемый  щит.

     При  проверке  метода  на  группе  из  25  щитов  северного  сектора  их  радиальное  положение,  определяемое  последовательно  от  щита  к  щиту  по  соседнему,  находилось  дважды,  двумя  ходами,  из  сравнения  которых  были  получены  следующие  данные  по  точности :  ср. кв.  ошибка  определения  смещения  каждого  из  25  щитов  с  соответствующей  дуги  окружности  из  одного  хода  оказалась   равной  ± 0,032  мм,  а  осредненного  из  двух  ходов  соответственно  -  ±0,016  мм.  Этот  результат  экспериментальной  проверки  позволил  внедрить  метод  в  практику  юстировок.  При  геодезической  юстировке  восточного  сектора  кругового  отражателя  по  радиусу  была  получена  дуга  из  150  щитов,  отклонение  от  которой  каждого  из  них  определено  со  ср. кв.  ошибкой  ± 0,11  мм  [11,12].

     По  результатам  геодезической  юстировки  северного  сектора  было  проведено  первое  радиоастрономическое  наблюдение  радиотелескопом  РАТАН-600 :  радиоисточник  -  PKS 0521 – 36,  длина  волны  -  3,9  см,  12  июля  1974  г.  Фрагмент  записи  показан  на  рис. 6  [9].   

 

 

Рис. 6.  Первое  наблюдение  радиотелескопом  РАТАН-600 :  радиоисточник  PKS 0521-36,  длина  волны  3,9  см,  12  июля  1974  г.

 6.       Формирование  поверхности  плоского  отражателя.

     Для  того,  чтобы  в  реальности  получить  поверхность  плоского  отражателя,  необходимо,  во-первых,  поместить   все  угломестные  оси  щитов  этого  отражателя  в  одну  горизонтальную  плоскость,  во-вторых,  -  расположить  их  в  одном  створе,  а  уже  затем,  в-третьих, наклонить  щиты  на  один  угол. 

     Выставление  угломестных  осей  в  проектную  горизонтальную  плоскость  проводилось  по  данным  ЦНИИГАиК,  полученным  посредством  высокоточного  нивелирования  с  использованием  специальных  инварных  нивелирных  лент  и  с  учетом  кривизны  Земли.

     Поскольку  по  техническим  условиям  на  изготовление  щитов  расстояние  от  угломестных  осей  до  плоскости  представительных  площадок  должно  быть  одним  и  тем  же  для  всех  щитов,  то  в  створ  можно  выставлять  представительные  площадки  или,  даже  лучше,  -  поверхность.  На  практике  во  время  юстировке  все  щиты  ставятся  вертикально,  в  том  числе  и  для  определения  МО  угломестных  ОУУ. 

По  разработанной  технологии  с  использованием  специальных  устройств  и  приспособлений  щиты  выставляются  в  створ  по  представительным  площадкам  (с учетом  привязки  к  ним  поверхности  каждого  щита)  от  струны.  Метод  предусматривает  получение  единого  створа,  производя  створные  измерения  по  участкам  из  24  щитов  каждый.  Таким  методом  можно  получить  единый  створ,  на  всю  длину  плоского   отражателя  со  ср. кв.  ошибкой  ± 0,2 - ± 0,3  мм  при  точности  створа  на  участках  лучше  ± 0,2  мм  [13].
Периодические  юстировки  выявили  удовлетворительную  стабильность  положения  щитов  и,  следовательно,  сохранности  качества  отражающей  поверхности.
Плоский  отражатель  участвует  в  наблюдательном  процессе  в  совокупности  с  южным  сектором  кругового  отражателя.


7.       Повышение  точности  поверхности  главного  зеркала.

     С  момента  первого  наблюдения  на  радиотелескопе  проводятся  всесторонние  исследования  геодезическими  методами  кругового  (а  также  и  плоского)  отражателя  с  целью  определения  ошибок  в  пространственном  положении  поверхности  щитов,  обусловленных  погрешностями  монтажа,  а  также  ошибками заводского  изготовления,  которые  проявляются  при  движении  щитов.  Прежде  всего  было  проведено  исследование  ошибок,  возникающих  при  наклоне  щитов  по  углу  места,  вследствие  заводских  и  монтажных  погрешностей.  Для  щитов  северного  сектора  оказалось,  что  средние  значения  разностей  между  расчетными  и  фактическими  углами  наклона  изображаются  квадратичной  кривой  с  максимальным  значением  + 6',5 ,  а  график  ср. кв.  ошибок  -  почти  прямая  с  максимальным  значением  6',8.  Влияние    выявленных  погрешностей  может  быть  компенсировано  путем  введения  поправок  в  задания  на  установку  щитов  по  углу  места  при  подготовке  сектора  к  наблюдениям.  Реальность  обнаруженных  ошибок  и  эффективность  их  учета  были  проверены  при  наблюдении  радиоисточника  Лебедь-А :  после  введения  «геодезических»  поправок  антенная  температура  этого  радиоисточника  возросла  в  1,8  раза  [14].  После  этого  угломестные  ошибки  были  определены  для  всех  щитов  кругового  и  плоского  отражателей,  и  их  учет  при  расчете  установочных  заданий  стал  обязательным  элементом  подготовки  радиотелескопа  к  наблюдениям.

     Аналогичным  образом  было  проведено  исследование  характера  поворотов  щитов  по  азимуту  для  северного  сектора  и  движения  нескольких  щитов  по  радиусу  [11,15].

     В  1979  году  на  северном  секторе  были  проведены  дополнительные  более  подробные  исследования  по  выявлению,  как  «статических»,  так  и  «динамических»,  или  «кинематических»,  как  их  принято  называть  в  литературе  по  РАТАН-600,  ошибок.  Из  исследований  выяснилось,  что  поверхность  сектора,  выставленного  на  радиоисточник  Телец-А,  отягощена  ошибками  со  стандартным  отклонением  ± 0,82  мм.  Но  после  введения  всех  определенных  поправок  это  значение  уменьшилось  вдвое,  т. е.  составило  ± 0,41  мм.  Результат  радиоастрономического  наблюдения  полностью  превзошел  все  ожидания :  антенная  температура  Тельца-А  резко  и  существенно  возросла,  но  самое  главное  -  до  волны  2  см  практически  исчез  рассеянный  фон  (рис. 7),  наличие  которого  безаппеляционно  свидетельствует  об  ощутимых  ошибках  поверхности,  и  значит,  отсутствие  его  -  о  хорошем  качестве  поверхности.  Эффективность  принятых  мер  была  подтверждена  также  результатами  наблюдений  Луны.  По  результатам  наблюдений  были  определены  ср. кв.  ошибка  поверхности  -  ± 0,4-0,5  мм,  эффективная  площадь  отражающей  поверхности  -  1010  м2  на  волне  2,08  см  (произошло  увеличение  в  1,8  раза)  и  1260  м2   на  волне  3,9  см  (рис. 8)  [16,17].

 

Рис. 7.

 

Рис.8

 8.       Геодезическое  обеспечение  радиоастрономических  наблюдений.

     В  этот  раздел  помимо  регулярных  определений  угломестных  и  азимутальных  МО  щитов  кругового  отражателя  и  только  угломестных  МО  щитов  плоского  отражателя  можно  поставить  периодическую  проверку  установочных  уровней  и  положения  поверхности  облучателей,  фиксацию  азимутального  положения  облучателя  №3  на  дуговых  путях  для  наблюдений  Солнца  «в  азимутах»  и  другие  повседневные  измерения.

     В  связи  с  необходимостью  обеспечения  наблюдений  южным  сектором,  был  разработан  и  внедрен  еще  один  метод  определения  радиальных  МО  -  метод  угловой  засечки.  В  нем  обыгрывается  то  обстоятельство,  что  щиты  кругового  отражателя  находятся  в  фиксированном  по  азимуту  (из  центра  радиотелескопа  на  щиты)  положении.  Поэтому  можно  считать,  что  в  треугольнике  «пункт  геосети  -  центр  радиотелескопа  -  щит»  один  из  углов,  а  именно,  центральный,  уже  известен;  следовательно,  выставление  юстируемого  щита  на  «исходную  окружность»  сведется  к  перемещению  его  в  точку  пересечения  окружности  с  хордой,  рассчитанное  направление  которой  задается  теодолитом  с  пункта  геодезической  сети  от  направления  на  центр  РАТАН-600.Для  повышения  точности  определения  радиальных  МО  проводятся  дополнительные  измерения :  теодолитом,  установленным  на  пункте  геосети,  уточняется  направление  на  юстируемый  щит  от  направления  на  центр,  и  путем  линейных  измерения  соответствующей  дуги  сектора  уточняется  азимутальное  положение    этого  щита.  По  этим  данным  вычисляются  «микроотклонения»  соответствующего  щита  от  исходной  окружности  (в  данном  случае  от  окружности,  проходящей  через  используемый  пункт  геодезической  сети)  [18].  Сравнение  радиальных  геодезических  МО  с  автоколлимационными  выявило  их  неплохую  сходимость,  а  использование  их  для  радиоастрономических  наблюдениях  дало  положительный  результат.

9.       «НИР  и  ОКР».

     В  перечне  исследований,  проводившихся  геодезическими  методами,  имеются  и  такие,  результаты  которых  оказались  невостребованными,  так  как  учет  исследованных  факторов,  вероятнее  всего,  не  привел  бы  к  заметным  с  первого  взгляда  улучшениям.

     К  таким  исследованиям  можно  отнести  исследование  термических  деформаций  фундаментных  колонн  кругового  отражателя.  Первые  наблюдения  были  выполнены  еще  в  период  строительства,  на  одной  колонне,  без  фиксации  температуры  в  разных  частях  колонны,  в  течение  нескольких  суток,  с  интервалом  в  2  часа;  измерялись  наклоны  колонны  и  ее  повороты  по  азимуту.  Затем,  уже  во  время  эксплуатации  радиотелескопа  проводились  наблюдения  за  наклонами  колонн  в  самой  высокой  над  поверхностью  земли  части  кругового  отражателя  -  северной  и  северо-восточной.  Положение  колонн  фиксировалось  относительно  пунктов  геодезической  сети  при  помощи  прибора  вертикального  проецирования  PZL-360,  оснащенного  плоско-параллельной  пластиной  с  микрометром.  Температура  измерялась  при  помощи  термоэлектрических  датчиков,  вмонтированных  в  тело  колонн  в  разных  частях.
Такие  же  датчики  были  установлены  и  на  каркасе  облучателя  №1,  но  там  измерялись  наклоны  «контрольных  баз»,  установленных  по  две  на  кождом  «шпангоуте»  каркаса.
В  обоих  случаях  измерения  выполнялись  в  течение  нескольких  суток  (до  нескольких  недель)  с  интервалом  не  менее  3-х  часов.
Трудоемкость  процесса  формирования  поверхности  щитов  методом  «под  нивелир»  сделала  очевидной  необходимость  хоть  како-то  автоматизации  процесса  измерений.  Поэтому  при  первой  же  возможности  началась  работа  по  исключению  глаза  наблюдателя  из  процесса  измерений  и  замене  его  прибором  с  зарядовой  связью  (ПЗС).  Появился  термин  -  «лазерный  нивелир».  В  макете  лазерного  нивелира  обычный,  но  высокоточный.  нивелир  оставался  как  авжный  элемент.  Другой  важный  элемент  -  лазер,  его  луч  пропускался  через  оптическую  систему  нивелира  соосно  с  его  визирной  осью  и  фокусировался  этой  системой.  И  третий  важный  элемент  -  ПЗС-линейка  с  системой  регистрации.  Первые  измерения  в  лабораторных  условиях  показали  возможность  фиксировать  изменения  высотного  положения  ПЗС-линейки  по  высоте  [19],  и  была  начата  реализация  следующего  этапа.  На  рис. 9  [20]  схема  макета,  испытанного  уже  в  производственных  условиях :  на  стапеле  РАТАН-600,  с  реальной  поверхностью  реального  щита.

 

Рис.  9.

Измерения  проводились  несколькими  ходами,  ПЗС-линейка  устанавливалась  в  точке  измерений  вручную,  фокусировка  лазерного  луча  выполнялась  наблюдателем  по  осциллографу,  отсчеты  по  ПЗС  фиксировались  в  миниЭВМ.  Измерения  проводились  в  ночное  время,  исправлений  поверхности  не  делалось.  Из  многократных  измерений  точность  определения  отметок  точек  поверхности  щита  характеризовалась  ср. кв.  ошибкой  ± 0,06  мм,  в  то  время  как  при  стандартном  нивелировании  достигалась  точность  до  ± 0,03  мм.  Данный  метод  не  был  подвергнут  дальнейшему  усовершенствованию  из-за  распада  ВНК.

      Заключение.

     Подводя  итоги,  можно  уверенно  утверждать,  что  использование  геодезических  методов  при  сооружении,  запуске,  наладке,  исследовании  радиотелескопа  РАТАН-600,  а  также  при  проведении  радиоастрономических  наблюдений  дало  положительные  результаты.  К  этим  результатам  нужно  отнести  высокоточную  поверхность  облучателей  типа  II-III,  высокоточную  поверхность  щитов  кругового  и  плоского  отражателей,  доказательство  возможности  получения  реальной  поверхности  сектора  кругового  отражателя  со  ср. кв.  ошибкой  ±0,4  мм,  формирование  реальной  поверхности  плоского  отражателя  и  обеспечение  его  работы  в  совокупности  с  южным  сектором  отражателя  кругового.

     В  исследованиях  принимали  непосредственное  участие  сотрудники  группы  геодезической  юстировки  РАТАН-600  Зверев  Ю.К.,  Голосова  С.Я.,  Миленко  В.Ф.,  Хилькова  Е.К.,  Ивкин  А.Г.,  Жаров  В.И.  (в  настоящее  время  руководитель  группы),  часть  исследований  проведена  при  обязательном  участии  сотрудников  ЛФ  САО  Коркина  Э.И.,  Чуканова  О.В.,  Фридмана  П.А.,  и  практически  при  проведении  всех  работ  работали   вместе  с  нами  сотрудники  службы  эксплуатации  РАТАН-600.  Благодарим  всех,  кто  нам  помогал!     

 Литература.

  1. С.Э. Хайкин  и  др.  Большой  пулковский  радиотелескоп.  Изв.  ГАО  в  Пулкове.  1960,  № 164,  с.3

 2. С.Э. Хайкин  и  др.  Проект  радиоастрономической  станции  и  радиотелескопа  РАТАН-600.  Рукопись.  Ленинград,  1967.

 3. А.Г. Белевитин,  Ю.К. Зверев.  Геодезические  работы  при  строительстве  и  юстировке  радиотелескопа  РАТАН-600.  Изв.  ГАО  в  Пулкове.  1972,    №188,  с.  114

 4. А.П. Глумов  и  др.  Повышение  точности  поверхности  отражающих  элементов  главного  зеркала  радиотелескопа  РАТАН-600.  Астрофиз.  исслед.  (Изв.  САО).  1986,  №21,  с.  65

 5. Ю.К. Зверев.  Разбивка  фундаментов  кольцевых  сооружений  методом  последовательного  удвоения  числа  сторон  ломаной  линии,  вписанной  в  заданный  сектор.  Вопросы  атомной  науки  и  техники.  Проектирование.  1972,  Вып. 5,  с. 134

 6. Ю.К. Зверев  и  др.  Геодезическая  юстировка  облучателя  радиотелескопа  РАТАН-600.  Астрофиз.  исслед.  (Изв.  САО).  1978,  10.  с. 139

 7. Ю.К. Зверев.  Методика  контроля  качества  поверхности  облучателя       РАТАН-600.  Астрофиз.  исслед.  (Изв.  САО).  1984,  №18,  с.  125

 8. Yu. N.  Parijskij  et.  al.  RATAN-600  Radio  Telescope  in  the  “Zenit”  Mode.  Bull.  of  the  Spec.  Astroph.  Obs.  1994,  N 38,  p. 58

 9. Ю.К. ЗверевЭ.И. КоркинГеодезические  методы  юстировки  радиотелескопа  РАТАН-600.  VIII  Всесоюзная  конференция  по  радиоастрономии.  Тезисы  докладов.  Пущино.  1975,  с.  31

 10.  Ю.К. Зверев  и  др.  Геодезические  методы  определения  мест  нулей  элементов  кругового  отражателя  радиотелескопа  РАТАН-600.  Научно-технический  отчет.  САО  АН  СССР.  1976.
11.  Ю.К. Зверев  и  др.  Геодезическое  обследование  группы  №13  северного сектора  кругового  отражателя  радиотелескопа  РАТАН-600.  Научно-технический  отчет.  САО  АН  СССР.  1978.

 12.  Ю.К. Зверев  и  др.  Исследование  возможности  повышения  эффективности  радиотелескопа  РАТАН-600.  Научно-технический  отчет.  САО  АН  СССР.  1980.

 13.   В.М. Беляков  и  др.  Геодезическая  юстировка  плоского  отражателя  РАТАН-600.  В  кн.  Радиоастрономическая  аппаратура,  антенны  и  методы.  Всесоюзная  радиоастрономическая  конференция.  Тезисы  докладов.  Ереван.  1982,  с. 250.

 14.   Ю.К.  Зверев,  С. Я.  Крылова.  Исследование  угломестных  ошибок  элементов  кругового  отражателя  радиотелескопа  РАТАН-600  (северный  сектор).  Астрофиз.  исслед.  (Изв.  САО).  1981,  13,  с.  106.

 15.   Ю.К. Зверев.  Угловые  ошибки  положения  щитов  РАТАН-600  при  радиальном  перемещении.  Геодезия  и  картография.  1984, №8,  с.  17

 16.   С.Я. Голосова  и  др.  Исследование  точности  отражающей  поверхности  главного  зеркала  РАТАН-600  (северный  сектор).  Астрофиз.  исслед.  (Изв.  САО).  1982,  №15,  с.  132

 17.   Ю.К. Зверев.  Повышение  точности  формирования  главного  зеркала  радиотелескопа  РАТАН-600.  Геодезия  и  картография.  1984,  №2,  с.  11

 18.   Ю.К. Зверев.  Вариант  геодезической  юстировки  радиотелескопа  РАТАН-600.  Астрофиз.  исслед.  (Изв.  САО).  1986,  №22,  с.  128

 19.   Арутюнов  А.В.  и  др.  Использование  приборов  с  зарядовой  связью  при  высокоточном  нивелировании.  Геодезия  и  картография.  1981,  №2,  с.  20

 20.   Есепкина  Н.А.  и  др.  Лазерный  нивелир  для  юстировки  РАТАН-600.  Астрофиз.  исслед.  (Изв.  САО).  1985,  №20,  с.  131

  



вопросы и замечания к   обновление 21/01/2016