Космическое око: из истории создания телескопа БТА
Наступление космической эры в истории человечества (вторая половина 50-х годов) дало мощный импульс развитию новых идей, технических средств и методов исследования космоса, – от околоземного пространства до самых отдаленных границ наблюдаемой части Вселенной, в том числе средств и методов наземной оптической астрономии и радиоастрономии. К концу 1950-х годов ускорилось техническое переоснащение действующих обсерваторий в СССР и за рубежом, усовершенствовались методы поиска мест с хорошим астроклиматом для создания новых астрономических обсерваторий, в ряде стран началось строительство новых крупных телескопов. В СССР близилось к завершению изготовление в Ленинградском оптико-механическом объединении (ЛОМО) самого большого в Европе рефлектора с диаметром зеркала 2,6 метра для Крымской астрофизической обсерватории АН СССР (телескоп был сдан в пробную эксплуатацию в декабре 1960 г.). Однако к тому времени в США на горе Паломар уже более десяти лет работал крупнейший оптический телескоп с зеркалом диаметром 5 метров. И в том же 1960 году Советом Министров СССР после обсуждений с астрономами и руководителями оптико-механической промышленности принимается решение – строить самую крупную в мире обсерваторию с телескопом, превосходящим по размеру американский. С учетом имевшегося уже на тот период опыта телескопостроения был выбран диаметр главного зеркала 6 метров. Проектирование и изготовление телескопа было поручено Ленинградскому оптико-механическому объединению (ЛОМО), Лыткаринскому заводу оптического стекла (ЛЗОС), Государственному оптическому институту им. С. Н. Вавилова (ГОИ), Горьковскому машиностроительному заводу (ГМЗ), Кировскому заводу, а также ряду предприятий других министерств. Главным конструктором телескопа был назначен д.т.н. Баграт Константинович Иоаннисиани (1911—1985).
Сегодня трудно установить, кому принадлежала идея строить крупнейший телескоп на альт-азимутальной установке, а не по классической экваториальной схеме. Вполне вероятно, что именно главный конструктор Б. К. Иоаннисиани настоял на такой конструкции, хотя первые проектные проработки конструкции большого телескопа были начаты еще в 1959 году в Главной астрономической обсерватории (ГАО) АН СССР в Отделе астрономического приборостроения под руководством выдающегося советского оптика чл.-корр. АН СССР Д. Д. Максутова. Создатели телескопа решили, что общепринятая в то время экваториальная монтировка – тупиковый путь телескопостроения, и наш большой телескоп будет альт-азимутальным, то есть основная ось телескопа развернута не на Полярную звезду, а в зенит. В экваториальной монтировке труба телескопа с зеркалом крепится с одной стороны опоры, а с другой стороны опоры телескопа располагается противовес. Это очень громоздкая схема, не позволяющая значительно увеличивать размеры зеркала. При альт-азимутальной схеме труба телескопа, подобно теодолиту, расположена между двумя опорами, в «вилке», и таким образом можно увеличивать размеры главного зеркала. Также при такой схеме размещения зеркала у телескопа появляются боковые фокусы, так называемые «фокусы Нэсмита», в которых может быть установлена дополнительная спектральная и светоприемная аппаратура – наблюдательные возможности инструмента расширяются. Смелое техническое решение открыло пути создания в последующем крупнейших оптических телескопов во всем мире. Монтировка БТА обеспечила малые световые потери оптической системы, большую жесткость и высокую технологичность всей конструкции. Сегодня, после почти 50 лет эксплуатации телескопа, астрономы отмечают высочайшую надежность конструкции и механизмов инструмента – простои по техническим причинам не превышают 1% времени.
Строительству обсерватории предшествовали масштабные экспедиционные работы по поиску оптимального района, начавшиеся в 1960 году. Исследования были поручены Главной астрономической обсерватории АН СССР, которая успела организовать 16 экспедиций в разные районы страны (руководитель работ Н. Н. Кучеров). Однако выбор северокавказского региона был предопределен исходя из экономических, транспортно-логистических и, возможно, внутриполитических соображений. Оставалось только определиться с конкретной вершиной или плато. Совершенно очевидно, что по мере продвижения на восток климат Кавказского хребта становится суше. Западный Кавказ в связи с близостью к средиземноморскому региону отличается большим количеством осадков, например, в районе Домбая среднегодовое количество осадков превышает 2000 мм. А в горах южного Дагестана на границе с Азербайджаном количество осадков в 5 раз ниже. Тем не менее экспедиционная активность была сосредоточена в отрогах горы Пастухова в 70 км к западу от горы Эльбрус. Уже в эти годы была распространенной концепция изолированной вершины при выборе мест для установки телескопов, так как самую существенную роль в искажения волнового фронта вносит приземный слой воздуха. К сожалению, и этот фактор не был принят во внимание, и местом для установки БТА была выбрана площадка на высоте 2070 м над уровнем моря в отрогах горы Пастухова, хотя в нескольких километрах расположены вершины высотой 2300—2400 м. Гора Пастухова находится к югу от выбранной для БТА площадки, поэтому при преобладающем ночном ветре с южного направления телескоп попадает в зону повышенной крупномасштабной турбулентности. Экспедиции пришли к выводу, что среднегодовой бюджет ясного времени в выбранном для телескопа районе составляет 1650 часов, или около 40% от темного времени. Для сравнения: на плато Паранал в Чили, где построены телескопы ESO, 90% ночного времени пригодно для наблюдений.
При конструировании самого крупного в мире астрономического инструмента Б. К. Иоаннисиани уже имел опыт создания большого телескопа ЗТШ для Крымской астрофизической обсерватории с зеркалом 2,4 метра. Однако решение об использовании альт-азимутальной монтировки требовало по-иному решить проблему сопровождения наблюдаемого объекта: телескоп должен отслеживать суточное вращение Земли сразу по двум осям – азимуту и высоте – с точностью ведения не хуже 0,1 угловой секунды. Для этого ЛОМО пришлось разработать специальную электронно-цифровую управляющую машину ЭЦУМ – первый в мире компьютер для астрономических телескопов. Машина с цифровой памятью емкостью 15 кбайт, построенной на феррит-транзисторных ячейках, занимала целое помещение в башне телескопа. В ходе наблюдений она должна была каждые 0,125 секунды пересчитывать положение трубы телескопа и выдавать сигналы на двигатели ведения. В дальнейшем ЭЦУМ была заменена промышленными компьютерами, а сейчас хранится в башне в качестве музейного экспоната. За Б. К. Иоаннисиани была пожизненно закреплена должность «главный конструктор БТА». В составе группы участников проектирования и сооружения телескопа он был удостоен Ленинской премии (1975) и звания Героя Социалистического Труда (1977). Б. К. Иоаннисиани был также награжден тремя орденами Ленина (1961, 1972 и 1977 гг.).