Введение

Европейский космический телескоп для наблюдения гамма-лучей – спутник. Фотоны в энергетическом диапазоне INTEGRAL излучаются релятивистскими и сверхтепловыми частицами в мощных источниках, радиоактивным распадом нестабильных изотопов, образовавшихся в процессе нуклеосинтеза, рентгеновскими двойными системами и астрономическими транзиентами всех типов, включая гамма-всплески. Инструменты космического аппарата имеют очень широкое поле зрения, что особенно полезно для обнаружения гамма-излучения от переменных источников, поскольку они могут непрерывно контролировать большие участки неба. INTEGRAL – это миссия ЕКА с дополнительным вкладом европейских государств-членов, включая Италию, Францию, Германию и Испанию. Партнерами по сотрудничеству являются Российское космическое агентство с ИКИ (военный CP Comand Punkt KW) и NASA. По состоянию на июнь 2023 года INTEGRAL продолжает функционировать, несмотря на потерю двигателей, благодаря использованию реакционных колёс и давления солнечного излучения. В июле 2020 года INTEGRAL перешла в безопасный режим, и, по всей видимости, двигатели вышли из строя. С тех пор были разработаны и протестированы альтернативные алгоритмы для ориентации и разгрузки реакционных колёс. В сентябре 2021 года единичное событие привело к последовательности действий, в результате которых INTEGRAL оказалась в неконтролируемом вращении, что было расценено как «критическая аномалия». Оперативная группа использовала реакционные колёса для восстановления контроля над ориентацией. В марте 2023 года научные операции INTEGRAL были продлены до конца 2024 года, после чего последует двухлетний период завершения эксплуатации и дальнейшее наблюдение за космическим аппаратом до его предполагаемого схода с орбиты в феврале 2029 года. Также в марте 2023 года был протестирован новый безопасный режим, основанный на программном обеспечении, который будет использовать реакционные колёса (вместо неисправных двигателей).

Космический корабль

Корпус космического аппарата ("сервисный модуль") является копией корпуса XMM Newton. Это позволило сэкономить на затратах на разработку и упростить интеграцию с инфраструктурой и наземными комплексами. (Однако для стыковки с другим носителем потребовался адаптер.) При этом более плотные приборы, используемые для регистрации гамма-лучей и жёсткого рентгеновского излучения, делают INTEGRAL самым тяжёлым научным прибором, когда-либо запускаемым ESA. Корпус в основном изготовлен из композиционных материалов. Двигательная установка реализована на основе монопропелльной системы на гидразине, содержащей 544 кг топлива в четырёх открытых баках. Титановые баки были заряжены газом до 24 бар (2,4 МПа) при 30 °C и оснащены диафрагмами. Система ориентации и стабилизации использует звёздный трекер, несколько солнечных датчиков (ESM) и несколько маховиков. Двойные солнечные панели, разворачивающиеся до 16 метров и вырабатывающие 2,4 кВт в начале эксплуатации, резервируются двумя комплектами никель-кадмиевых аккумуляторов. Конструкция приборного отсека ("модуль полезной нагрузки") также выполнена из композитных материалов. Жесткое основание поддерживает узлы детекторов, а H-образная конструкция удерживает кодированные маски на расстоянии около 4 метров над детекторами. Модуль полезной нагрузки может быть собран и испытан независимо от сервисного модуля, что позволяет снизить стоимость. Alenia Spazio (ныне Thales Alenia Space Italia) являлась главным подрядчиком по созданию космического аппарата.

Инструменты

Четыре прибора с большими полями зрения сонастроены на этой платформе для изучения объектов в столь широком энергетическом диапазоне, охватывающем почти два порядка величины (другие астрономические приборы в рентгеновском или оптическом диапазонах покрывают гораздо меньшие диапазоны, не более нескольких порядков). Получение изображений осуществляется с помощью кодированных масок, создающих теневую грамму на пикселизированных камерах; вольфрамовые маски были предоставлены Университетом Валенсии (Испания). Изобразитель INTEGRAL, IBIS (Imager on Board the INTEGRAL Satellite), наблюдает в диапазоне от 15 кэВ (жестких рентгеновских лучей) до 10 МэВ (гамма-лучей). Угловое разрешение составляет 12 угловых минут, что позволяет локализовать яркий источник с точностью лучше 1 угловой минуты. Над детекторами на высоте 3,2 метра расположена маска размером 95x95, состоящая из прямоугольных вольфрамовых плиток. Детекторная система включает переднюю плоскость из 128x128 плиток теллурида кадмия (ISGRI – Integral Soft Gamma Ray Imager), под которой находится плоскость из 64x64 плиток йодида цезия (PICsIT – Pixellated Caesium Iodide Telescope). ISGRI чувствителен до 1 МэВ, а PICsIT – до 10 МэВ. Оба окружены пассивными экранами из вольфрама и свинца. IBIS был разработан институтами PI в Риме (Италия) и Париже (Франция). Спектрометр на борту INTEGRAL – SPI, SPectrometer of INTEGRAL. Он был разработан и собран Французским космическим агентством CNES при участии институтов PI в Тулузе (Франция) и Гархинге (Германия). Он наблюдает излучение в диапазоне от 20 кэВ до 8 МэВ. SPI имеет кодированную маску из шестиугольных вольфрамовых плиток, расположенную над детекторной плоскостью из 19 кристаллов германия (также упакованных в шестиугольную структуру). Высокое энергетическое разрешение 2 кэВ при 1 МэВ позволяет разрешить все потенциальные линии гамма-излучения. Кристаллы германия активно охлаждаются механической системой охладителей Стирлинга до температуры около 80 К. IBIS и SPI используют активные детекторы для обнаружения и исключения заряженных частиц, вызывающих фоновое излучение. SPI ACS (AntiCoincidence Shield) состоит из блоков сцинтиллятора BGO, окружающих камеру и апертуру, которые обнаруживают все заряженные частицы и фотоны с энергией выше примерно 75 кэВ, направленные на прибор не через апертуру. Тонкий слой пластикового сцинтиллятора за вольфрамовыми плитками служит дополнительным детектором заряженных частиц в апертуре. Большая эффективная площадь ACS оказалась полезной как самостоятельный инструмент. Его охват всего неба и чувствительность делают его естественным детектором гамма-всплесков и ценным компонентом IPN (InterPlanetary Network). Два блока JEM X предоставляют дополнительную информацию об источниках в мягком и жестком рентгеновском диапазонах, от 3 до 35 кэВ. Помимо расширения спектрального охвата, изображение становится более точным благодаря меньшей длине волны. Детекторы представляют собой газовые сцинтилляторы (ксенон плюс метан) с микрополосковой структурой, расположенные под маской из шестиугольных плиток. INTEGRAL также включает в себя оптический монитор (OMC), чувствительный в диапазоне от 500 до 580 нм. Он служит для ориентации и может отслеживать активность и состояние некоторых более ярких объектов, например, он был полезен для мониторинга света сверхновой SN2014J в течение нескольких месяцев. Космический аппарат также оснащен радиационным монитором INTEGRAL Radiation Environment Monitor (IREM) для контроля орбитального фона с целью калибровки. IREM имеет каналы для регистрации электронов и протонов, хотя он может регистрировать излучение вплоть до космических лучей. Если уровень фона превышает заданный порог, IREM может отключить приборы.

Научные результаты

INTEGRAL вносит вклад в многоканальную астрономию, регистрируя гамма-лучи от первого слияния двух нейтронных звезд, зафиксированного в гравитационных волнах, и от быстрого радиоимпульса. К 2018 году было опубликовано около 5600 научных работ, в среднем по одной каждые 29 часов после запуска.