Российская академии наук
Специальная астрофизическая обсерватория
(САО РАН)

УДК
N госрегистрации
Инв. N

ОТЧЕТ
о выполненных работах по проекту
Учебно - научный центр коллективного пользования на базе Специальной
астрофизической обсерватории Российской академии наук -'Наземная астрономия'
'Этап 1997 года'
ФЦП'Интеграция'
рег. N 352 (с вкл. рег. N 353)
(промежуточный)

Координатор проекта N 352 (353),

профессор_________________В.В. Леушин

'____' _______________1997г.

П. Нижний Архыз, КЧР, Россия

РЕФЕРАТ

Отчет с., прил.

Учебно-научный центр коллективного пользования, новые методы обучения на базе сетевых технологий, компьютеризация, астрофизика, астрономические школы и олимпиады, интеграция науки и образования.

Основными целями этапа 1997 года при выполнении проекта Учебно- научный центр коллективного пользования -'Наземная астрономия' (в дальнейшем - Центр), являлись:
* Организационно-техническое оформление Центра на базе Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук и Северо-Кавказской астрономической станции Казанского университета, расположенных в районе п. Нижний Архыз, Карачаево - Черкесской республики, Россия.
* Интеграция усилий ВУЗ'ов и РАН в области подготовки студентов и научных сотрудников для фундаментальной науки, в повышении качества их подготовки, развитии новых методов обучения, в том числе и на основе информационно-сетевых систем.
* Интенсификация совместных научных исследований в области астрофизики.

Осуществлено расширение существующей практики взаимодействия Специальной астрофизической обсерватории РАН с университетами России в области подготовки студентов и проведения совместных научных и методических исследований.
Проводилась практика студентов, аспирантов, стажеров и молодых научных сотрудников на уникальном научном оборудовании САО РАН.
Формировались совместные научные и учебные программы в перспективных научных направлениях.
Начато создание, модернизация и техническое переоснащение учебно-научных обсерваторий университетов - участников проекта в рамках Центра и оборудование Центра в САО РАН для учебных целей и совместных научных работ.
Проводилась учебно-организационная и методическая работа.
Выделены помещения для учебно-научных лабораторий Центра, проведена установка, подключение и отладка современного компьютерного и коммуникационного оборудования.
Проводилась разработка и унификация программного обеспечения для компьютеров Центра и организаций - участников проекта.
Проведена ежегодная осенняя астрономическая школа совместно с олимпиадой по астрофизике для школьников и учителей Российской Федерации, Армении и Индии.

ВВЕДЕНИЕ

Специальная астрофизическая обсерватория была образована в июне 1966 года как научно-исследовательский институт Академии наук СССР общенационального назначения.
Телескопы обсерватории имеют статус инструментов открытого коллективного пользования, допускающий широкую интеграцию с мировым астрономическим сообществом. В России САО обеспечивает сегодня около 80 % наблюдательной продукции в области наземной оптической и радиоастрономии. Ежегодно на БТА выполняется около 60 научных программ, а на РАТАН-600 - около 40, причем более половины наблюдений ведется по программам внешних заявителей из университетов и институтов России и зарубежья.
Обсерватория является единственной базой, на которой студенты, аспиранты и молодые научные сотрудники учреждений астрономического профиля проходят практику современных методов астрофизических исследований.
Традиционные связи с Государственным астрономическим институтом им. П.К. Штернберга при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова - крупнейшим в России учреждением астрономического профиля для профессионального обучения студентов, Казанским государственным университетом с Северо-Кавказской астрономической станцией, Ростовским на Дону государственным университетом, ежегодно проводящим студенческую практику на базе САО РАН и Санкт-Петербургским государственным университетом, оформленные Соглашением о создании Учебно-научного центра коллективного пользования на базе САО РАН, получили эффективное развитие в рамках ФЦП'Интеграция'.
Образованные в структуре Центра учебно - научные лаборатории и Филиал кафедры физики космоса РГУ на базе САО РАН существенно увеличивают эффективность интеграции фундаментальных научных исследований с ВУЗ`овской наукой и процессом подготовки научных кадров , путем совершенствования института стажеров и визитеров, проведения специализированных школ, подготовки студентов и аспирантов по направлениям вузов и научно-исследовательских институтов.
В рамках Федеральной программы'Интеграция', основная цель которой - объединение усилий университетов и академических учреждений для проведения научных исследований на самом высоком уровне и совместной высококачественной подготовки научных кадров с использованием современного оборудования и технических средств обучения, получает новый импульс модернизация учебно-научных лабораторий и обсерваторий университетов - участников проекта. Одной из конечных целей проекта является организация удаленного доступа сотрудников, студентов и аспирантов университетов к телескопам САО РАН и архивным материалам, хранящимся в САО РАН, а также взаимный обмен информацией и базами данных.
Важным элементом улучшения подготовки студентов являются модернизация лекционных курсов и использование в процессе обучения возможностей Internet. Интеграция усилий и возможностей ВУЗ`ов с потенциалом САО РАН в области проведения фундаментальных исследований и подготовки специалистов становится достаточно эффективной в рамках выполнения Федеральной целевой программы.
Работы по проекту на этапе 1997 года выполнялись в соответствии со сметой расходов на 1997 год (Приложение 1) и календарным планом (Приложение 2). Распределение работ осуществлялось договорами между Головным исполнителем проекта САО РАН и Участниками работ по проекту, отчеты которых содержатся в Приложениях 3-6.

1. ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО СОЗДАНИЮ УЧЕБНО-НАУЧНОГО ЦЕНТРА КОЛЛЕКТИВНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ  -'НАЗЕМНАЯ АСТРОНОМИЯ' НА БАЗЕ САО РАН

Реализация'Этапа 1997 года' проекта обеспечивалась потенциальными возможностями САО РАН и усилиями университетов, заключивших в начале 1997 года Соглашение об образовании Учебно-научного центра коллективного пользования ( Приложение 7).
Соглашение декларирует, что в рамках выполнения Федеральной целевой программы'Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы', в развитие существующей практики взаимодействия Специальной астрофизической обсерватории РАН с университетами России, в целях интеграции усилий ВУЗ'ов и Российской Академии наук в области подготовки студентов и научных сотрудников для фундаментальной науки и развития новых методов сетевого обучения, а также для интенсификации совместных научных исследований в области астрофизики, повышения эффективности использования приборной базы и облегчения доступа к уникальному астрофизическому оборудования молодым талантливым исследователям
Специальная астрофизическая обсерватория Российской Академии наук,
Государственный Астрономический институт им. П.К. Штернберга при МГУ им. М.В. Ломоносова,
Казанский государственный университет,
Ростовский на Дону государственный университет,
Санкт-Петербургский государственный университет
учреждают Учебно-научный Центр коллективного пользования на базе Специальной астрофизической обсерватории РАН -'Наземная астрономия', с месторасположением в п.Нижний Архыз, Карачаево-Черкесская Республика, Россия.
Соглашение регламентирует руководство деятельностью Центра и провозглашает основными задачами Центра:

• проведение совместных научно-методических работ в области повышения эффективности подготовки специалистов для фундаментальной науки,
• подготовку и проведение практики студентов, аспирантов, стажеров и молодых научных сотрудников на уникальном научном оборудовании САО РАН,
• разработку и внедрение новых методов обучения на основе информационно-сетевых технологий.

В Соглашении определяются источники финансирование работ Центра и статьи расходов средств, представляемых Дирекцией Федеральной целевой программы'Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997 - 2000 годы' на функционирование Центра, включающие:

• расходы, связанные с командировками и обеспечением проживания студентов, аспирантов, стажеров, научных сотрудников и преподавателей от места их постоянной учебы или работы в САО РАН для работы по программам Центра (практика, учебный процесс, научные исследования);
• вознаграждение руководителя и участников работ Центра по представлению Совета;
• изготовление, приобретение и ремонт аппаратуры, оборудования и материалов, необходимых для функционирования Центра;
• оплату телекоммуникационных каналов и услуг сетевых провайдеров в объемах используемых в работе Центра;
• стоимость услуг связи, энергообеспечения, тепла и воды, используемых Центром;
• административно-управленческие расходы;
• прочие расходы связанные с деятельностью Центра, в том числе хозрасходы, транспортные и по ремонту зданий.

Соглашение подписали первые лица вышеперечисленных организаций.

Эффективность функционирования Центра и успешность выполнения проекта обуславливаются также наличием площадей, выделенных администрацией САО РАН для развертывания на них учебных лабораторий и организации рабочих мест для студентов и сотрудников университетов, командированных в САО РАН для решения задач Центра, материально-технической базой и кадровым составом участников проекта.
На основе Соглашения между университетами и САО РАН было разработано Положение об Учебно-научном центре коллективного пользования на базе Специальной астрофизической обсерватории -'НАЗЕМНАЯ АСТРОНОМИЯ' (Приложение 2), регламентирующее работу Центра.
На совещании представителей университетов -.участников проекта и САО РАН, проведенном в г. Москва 27 ноября 1997 года бал избран и утвержден Совет Центра, утверждено Положение о Центре, обсуждены ближайшие задачи Центра, ход выполнения проекта ? 352 (353), принципы формирования материально-технической базы Центра и распределения между участниками средств, поступающих от Дирекции ФЦП'Интеграция' на реализацию проекта. В приложении 3 и 4 приведены Повестка дня и Решение совещания Совета УНЦКП САО РАН'Наземная астрономия'.
В ходе выполнения проекта была разработана структура Центра, в которую входят:
1. Северо-Кавказская астрономическая станция КГУ,
2. Филиал Кафедры физики космоса РГУ на базе САО РАН (в составе УНЦКП САО РАН),
3. Учебная астрофизическая лаборатория УНЦКП САО РАН,
4. Учебная лаборатория информатики УНЦКП САО РАН.
Для регламентации работы указанных подразделений были разработаны и утверждены соответствующие Положения (Приложения 11-13).
Финансирование Центра в рамках ФЦП'Интеграция' интенсифицирует работу по проведению учебно-научных мероприятий, связанных с учебным процессом и научной деятельностью. Основная часть затрат, заложенная в смету проекта, необходима для модернизации и унификации оборудования, используемого для учебно-научных целей в организациях-участниках проекта и создания систем удаленного доступа к астрономическим инструментам, базам данных и информационным системам участников проекта.

2. ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ИНТЕГРИРОВАНИЮ СЕВЕРОКАВКАЗСКОЙ АСТРОНОМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ КГУ В СТРУКТУРУ ЦЕНТРА

Основная цель работы на этапе 1997 года заключалась в преобразовании Северо-Кавказской астрономической станции Казанского госуниверситета в базовую станцию для учебных практик студентов младших курсов университетов - участников проекта, обеспечении первоначального обучения студентов работе на телескопах, современным методам астрометрических и фотометрических наблюдений и их обработки.
Основные задачи, решенные на этапе 1997 года в процессе интеграции станции в структуру Центра:
1) проведены подготовительные мероприятия по интеграции станции в структуру УНЦКП САО РАН,
2) разработана концепция учебной практики для СКАС КГУ,
3) подготовлены к согласованию программы учебной практики,
4) подготовлен перечень мероприятий по ремонту и модернизации оборудования станции, составлены сметы расходов,
5) проведен ремонт купола и замена электрооборудования телескопа (на 50%),
6) проработана схема подключения станции к сетям САО РАН, приобретено для этого оборудование,
7) приобретено сетевое оборудование для учебного компьютерного класса в КГУ.
Начаты работы по реконструкции действующего телескопа Цейсс-400 и его башни и приобретению нового телескопа , который обеспечит замену фотометрических наблю дений с помощью фотопластинок на фотоэлектрическую фотометрию на ПЗС-матрицах. Для реализации этой цели заказан и оплачен 38-см телескоп системы Кассегрена 1:12 на немецкой монтировке. (Он будет использоваться с матрицей типа Е-6 с термоэлектрическим охлаждением).
Начаты работы по замене имеющегося электрофотометра на современный ПЗС-фотометр и установке его на малом (до 30-см) автоматизированном телескопе. В перспективе (1998-99 гг.) планируется дооснащение имеющегося телескопа Цейсс-400 матричным светоприемником для синей области спектра. Приобретение ПЗС-фотометра, телескопа и пробный его запуск будет осуществлен по мере приобретения оборудования.
Интеграция астрономической станции в структуру Центра и ее модернизация позволит достаточно дешево обеспечить базу для обучения студентов на уровне, предъявляемом к современным астрометрическим и фотометрическим работам. При высокой точности получаемых данных планируется изучать характеристики объектов до 16-17 визуальной звездной величины.
В течении месяца в условиях астроклимата Северного Кавказа станция, интегрированная в структуру Центра, обеспечит обучение до 10 студентов.

3. УЧЕБНО-НАУЧНАЯ РАБОТА В ЦЕНТРЕ

Потенциальные возможности Центра для проведения учебно-научных работ обуславливаются в решающей мере возможностью использования инструментария и инфраструктуры Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук, являющейся крупнейшим центром наземных астрономических наблюдений России и стран СНГ. Функционирование Центра дает возможность студентам и сотрудникам университетов - участников проекта в приоритетном порядке использовать для учебных и научных программ работ наблюдения, проводимые на оптических телескопах диаметром 6-м, 1-м и 0.6-м и на радиотелескопе с круговой антенной диаметром 600 м.
Кадровый состав обсерватории, включающий 114 научных сотрудников и из них 2 члена Российской академии наук, 14 докторов наук 56 кандидатов наук и профессорско-преподавательский состав университетов может обеспечить квалифицированное руководство учебно-научным процессом на всех стадиях. Кроме фундаментальных исследований в области астрономии в обсерватории ведутся исследования по разработке и внедрению современной навесной аппаратуры на телескопы и по модернизации телескопов. Таким образом, в обсерватории имеются все условия для прохождения практики студентов астрономических и технических специальностей.
Ежегодно обсерватория обеспечивает в среднем 80-100 человеко - месяцев студенческой практики. Создание Центра и интегрирование в его состав Северо-Кавказской астрономической станции КГУ позволяет существенно увеличить контингент студентов, получающих доступ к уникальным научным ресурсам САО РАН.
Студенческая практика в Центре имеет три уровня:

1. Ознакомительная студенческая практика предполагает первичное знакомство студентов с крупнейшими телескопами мира - БТА и РАТАН-600, принципами современных астрономических наблюдений, структурой и инструментальным оснащением обсерватории , а также знакомство с научными проблемами и методами их решения на современном этапе. Проведение этой практики предполагается для всех студентов астрономических специальностей вузов - участников проекта. Продолжительность ознакомительной астрономической практики в Центре составляет 1-2 недели (48-96 учебных часов).
2. Производственная практика в Центре включает более углубленное знакомство с методами наблюдений на больших телескопах, оснащенных современными светоприемниками, аппаратурой и методиками обработки наблюдательных материалов и научными задачами, решаемыми астрофизической обсерваторией. Продолжительность производственной практики устанавливается индивидуально по согласованию между руководством Центра и заинтересованных кафедр университетов. Данный вид практики может проходить периодически в течение всего срока обучения студентов. Кандидатуры студентов для прохождения производственной практики отбираются по результатам ознакомительной практики и успеваемостью студентов. Результатом производственной практики является определение научных интересов практиканта и его способность к дальнейшей научной работе.
3. Дипломная практика в Центре ставит своей целью проведение законченного научного исследования в области астрофизики и смежных с ним дисциплин. Результатом дипломной практики является дипломная работа . Продолжительность дипломной практики устанавливается учебным планом и согласуется с руководством Центра и научным руководителем дипломной практики со стороны Центра. Кандидатуры для дипломного проектирования в Центре устанавливаются исходя из профессиональной пригодности кандидатов по согласованию между руководством кафедр м Центра и научным руководителем дипломной практики.

Во время пребывания в Центре студенты обеспечиваются рабочим местом и жильем, закрепляются за определенными сотрудниками обсерватории, под руководством которых знакомятся с направлениями научных исследований обсерватории, выполняют конкретные задачи, знакомятся с процессом наблюдений на телескопах и выполняют самостоятельные наблюдения на малых телескопах обсерватории.
В период с августа по январь 1997 года в обсерватории проходили практику 26 студентов из ВУЗов России и Украины. Ниже приводятся данные о составе студентов, посетивших обсерваторию за указанное время:

Приводим некоторые темы научных исследований, проведенных студентами в отчетном году в период прохождения практики в Центре:

1. Работы на спектральном комплексе РАТАН-600, предназначенного для спектральных исследований в широком диапазоне длин волн.
2. Изучение опыта работы со спектральной аппаратурой 6-м телескопа, предназначенной для спектроскопии звезд с высоким спектральным разрешением.
3. Поиск и анализ быстропеременных сигналов с помощью моделирования пуассоновских потоков.
4. Измерение магнитных полей избранных Ар-звезд.
5. Поляриметрия уникальных объектов из Бюраканских обзоров.
6. Обработка зеемановских спектров.
7. Обработка поляризационных наблюдений.
8. Освоение современных методов астрофизических наблюдений и обработка спектров на примере убегающего сверхгиганта НD 188209.
9. Моделирование процесса обработки изображений галактик.
10. Отождествление рентгеновских источников из обзора RОSАТ.
11. Спектроскопия и фотометрия внегалактических объектов.
12. Предельная звездная величина.
13. Методики наблюдений со сканирующим интерферометром Фабри-Перо и мультизрачковым спектрографом.
14. Наблюдение Лацертида.
15. Измерения температуры микроволнового фона.
16. Амплитуды кривых вращения галактик, видимых с ребра.
17. Знакомство с основами теории интерферометров Фабри-Перо и спектрографов с плоскими дифракционными решетками, включая системы с кросс-дисперсерами.
18. Знакомство с операционной системой Linux и системой обработки астрономических данных МIDAS (ESO).
19. Получение навыков работы на БТА при наблюдениях на эшелле-спектрометрах высокого разрешения.
20. Исследование кривых блеска радиоисточников с мощным оптическим излучением.

В Приложении 14 приведены отчеты студентов и руководителей студенческой практики в отчетном году.
В отчетный период в рамках работы Центра велась подготовка аспирантов, в том числе:

• 4 основных аспиранта с отрывом от производства для научно-исследовательской работы в области астрофизики;
• 2 целевых аспиранта с отрывом от производства для Карачаево-Черкесского государственного педагогического университета;
• 1 целевой аспирант без отрыва от производства.

В этот же период по программам, утвержденным межведомственной комиссией тематики 6-ти метрового телескопа (КТШТ), проводилась 18 научных исследований, используемых в учебной и научной работе университетов - участников проекта.
В течение 1997 г. на выполнение учебных программ, а также для проведения студенческой практики в рамках Центра были задействованы 1-метровый и 60-сантиметровый телескопы Специальной астрофизической обсерватории. Рефлектор Ричи-Кретьена с диаметром объектива в 60-сантиметров был установлен в новом павильоне с полноповоротным куполом и существенно модернизирован, что позволило улучшить точность наведения, удобство работы и её комфортность. В павильоне оборудована аппаратная, где размещаются компьютеры и приборы управления телескопом. На отдельных этапах модернизации и оборудования телескопа принимали участие студенты и аспиранты, проходившие практику в Центре.
Телескоп с диаметром объектива в 60-сантиметров использовался в основном для проведения летней практики студентов Казанского ГУ , которые выполняли программы фотометрии звёзд с помощью оригинального фотометра, который подвешивался к фокусу Кассегрена и соединялся с компьютером типа IT-286, что обеспечивало автоматический отсчёт и оперативный анализ астрофизических данных.
Телескоп с диаметром объектива в 1 метр также использовался в течение 1997 г. для обучения студентов и аспирантов, находившихся в САО. Однако, в связи с жестким распределением времени регламентацией наблюдательных программ, студенты и аспиранты включались в состав наблюдательных групп и работали под руководством опытных наблюдателей. При этом наиболее часто использовалась методика получения прямых снимков с помощью изготовленного в САО специально для 1-метрового телескопа ПЗС-фотометра.
В дальнейшем для обучения студентов и аспирантов будет применяться значительно модернизированный фотометр-поляриметр на базе новейших аналоговых усилителей, изготовленных в САО в 1997 г. Запуск прибора в пробную эксплуатацию планируется в феврале 1998 г.
Для проведения лекций в павильоне 1-метрового телескопа был оборудован конференц-зал с экраном и наглядными пособиями по астрономии, с действующей моделью зеркального телескопа на экваториальной монтировке.
В настоящее время находится в разработке и изготовлении специальный эшелле-спектрометр для учебных целей, который будет использоваться как на телескопах с малой апертурой, так и в стационарных условиях лаборатории. Этот прибор разрабатывается в Учебной лаборатории астрофизики УНЦКП САО РАН под руководством д.ф-м.н. В.Е.Панчука. На сегодняшний день разработана оптическая схема прибора, проходит испытания макет системы управления спектрографом, в стадии проработки вопрос о программном обеспечении.
В плане проведения учебно - методической работы Филиалом Кафедры физики космоса РГУ в составе Центра разработаны программы и учебные и методические пособия по курсам:
- Астрофизика и астрономия (физика космоса),
- Школьная астрономическая обсерватория,
- Физика и оптика аэрозолей.
(Аннотации прилагаются к Отчету РГУ).
В Санкт-Петербургском госуниверситете создан гипертекстовый вариант учебного пособия В.В.Иванова, А.В.Кривова и П.А.Денисенкова'Парадоксальная Вселенная';
это пособие в форматах postscript и html находится на сервере НИАИ СПбГУ по адресу
http://www.aispbu.spb.su//homepages/viva/Book/Book.html
и сдублировано на сервере ГАИШ МГУ по адресу
http://crydee.sai.msu.su/~konon/Book/Book.html.
Файлы с html версией пособия переданы также в САО РАН, Казанский, Ростовский и Уральский университеты. В дальнейшем книга и в электронном, и в печатном вариантах будет широко использоваться как в работе со студентами, так и для профессиональной ориентации школьников.
Создан радикально переработанный вариант курса'Общая астрофизика' для астрономов, впервые прочитанный в осеннем семестре 1997 г. для студентов 3 курса (Н.В.Вощинников). Курс содержит следующие разделы:(1) Введение; (2) Телескопы; (3) Приемники излучения; (4) Астрофотометрия; (5) Астрополяриметрия; (6) Астро-спектроскопия; (7) Всеволновая астрономия; (8) Солнечная система; (9) Солнце; (10) Основные сведения о звездах; (11) Межзвездная среда; (12) Эволюция звезд; (13) Галактики. Курс имеет ряд методических новинок, а именно: широко используется оверхед для показа иллюстративного материала, в значительной степени взятого из сети Internet; по материалам каждой лекции студенты получают в индивидуальное пользование распечатки важнейших таблиц, сводок наблюдательных данных и иллюстраций. В этом курсе оперативно используется информация, получаемая на крупнейших телескопах мира, включая 6-метровый телескоп САО РАН.
Разработан и впервые прочитан в осеннем семестре 1997 г. курс'Современная астрофизика' для студентов-физиков, не специализирующихся по астрономии. Курс содержит следующие разделы: (1) Физика звезд; (2) Физика туманностей и межзвездной среды; (3) Внегалактическая астрофизика; (4) Элементы космологии. Курс обеспечен специально для него созданным иллюстративным материалом.

4. СОЗДАНИЕ И МОДЕРНИЗАЦИЯ УЧЕБНО-НАУЧНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ И ОБСЕРВАТОРИЙ ОРГАНИЗАЦИЙ УЧАСТНИКОВ ПРОЕКТА

В ходе выполнения этапа 1997 года проекта исполнителями начаты работы по модернизации и техническому переоснащению учебно-научных обсерваторий университетов - участников проекта и оборудованию лабораторий Центра, используемых для учебных целей и совместных научно-исследовательских работ.
В составе Центра образовано 4 новых учебных лаборатории:

• Учебная астрофизическая лаборатория УНЦКП САО РАН;
• Учебная лаборатория информатики УНЦКП САО РАН;
  которые функционируют на базе САО РАН и непосредственно входят в структуру Центра,

• Учебно-научная лаборатория обработки астрономических данных;
• Учебно-научная лаборатория наземной астрономии;
  являющиеся структурными единицами Ростовского подразделения Центра и работающие на базе Кафедры физики космоса РГУ.

5. НАПОЛНЕНИЕ ЦЕНТРА КОМПЬЮТЕРНЫМ И КОММУНИКАЦИОННЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ, РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

В ходе выполнения работ этапа 1997 года велась интенсивная проработка программ оснащения Центра компьютерным оборудованием, начальное техническое оснащение Центра для учебных целей и совместных научных работ. Проведен первый этап установки, подключения и отладки современного компьютерного и коммуникационного оборудования, который в конечном итоге обеспечит предоставление доступа студентам, аспирантам и молодым научным сотрудникам, проходящим практику (стажировку) в Центре к телескопам и базам данных САО РАН. Разрабатывались программы внедрения режима удаленных наблюдений на БТА и РАТАН-600 с обеспечением возможности работ по программам Центра. Сеть вычислительных ресурсов Центра строится как локальная сеть, включенная в в компьютерные сети САО РАН, которые строились и успешно эксплуатировались как разнородные локальные сети и отдельные сегменты, специализированные под довольно узкий перечень задач, таких как передача наблюдательных данных в многоуровневых системах сбора БТА и РАТАН-600 или обслуживание юстировочных работ.
Кроме перечисленных задач применение сетевой технологии требуют и те задачи, которые не могли быть реализованы в полной мере несколько лет назад из-за недостаточности вычислительных ресурсов. Это, в первую очередь, автоматизированное централизованное архивирование наблюдательного материала и программных средств, ведение баз данных, развитая телекоммуникация как между астрономами САО так и с коллегами из университетов - участников проекта.
Обеспечение оперативного доступа астрономов, как наблюдателей, так и теоретиков к экспериментальным данным наблюдательных комплексов, к архивам и базам астрономических данных мирового сообщества, а также обеспечение оперативного информационного взаимодействия между отдельными исследователями и исследовательскими коллективами имеет особо важное значение в силу удаленности обсерватории и, следовательно, Центра от университетов - участников проекта.
Затрудненность доступа к крупнейшим наблюдательным комплексам России членов астрономического сообщества страны обуславливает целесообразность сосредоточения усилий на развитии и повышении качества электронных коммуникаций, учитывая, что стоимость современного коммуникационного оборудования в настоящее время невелика по сравнению с общими затратами на пользование связью и транспортными расходами.
Проблема создания информационно-вычислительной сети Центра для обеспечения фундаментальных научных исследований и учебного процесса решается путем разработки сетевой архитектуры и оснащения сети вычислительными средствами, адекватными решаемым научным задачам и используемым для этого экспериментальным комплексам. Архитектура сети Центра предусматривает наличие мощного центрального сервера-вычислителя и рабочих станций, файл-сервера, объединяющего компьютеры различных классов, объединение компьютеров с распределением вычислительных нагрузок или просто равноправного объединения компьютеров. Средства вычислительной техники должны обладать достаточными ресурсами быстродействия, оперативной и внешней памяти.
В качестве сетевых серверов рассматриваются серверы, производимые фирмами DEC, SUN, IBM и др. Проблема улучшения телекоммуникационных связей решается путем улучшения сетей связи, использованием новых систем связи: спутниковых систем и волоконно-оптических линий связи, а также применением коммутационной аппаратуры с уплотнением и высокой скоростью передачи данных. Из коммутационных процессоров в России и в мире получили распространение: NetBlazer, Xylogics Annex, Ascehd, Corollaty, Cisco и т.п.
Работа по формированию компьютерной сети Центра велась в отчетном году на базе разработок отдела информатики САО РАН, где в течение последних десяти лет проводятся интенсивные работы по созданию и внедрению локальных компьютерных сетей, ориентированных на задачи автоматизации научных исследований в области астрономии. В результате этих работ реализовано два поколения компьютерных сетей САО: первое на базе мини-ЭВМ типа СМ/PDP/LSI11, второе на базе ППЭВМ типа IBM PC AT, разработана архитектура сетей, адаптированы и внедрены сетевые аппаратные средства, адаптировано, разработано и внедрено сетевое программное обеспечение. В настоящее время в САО реализованы и эксплуатируются три локальные компьютерные сети: ЛВС БТА, ЛВС РАТАН и лабораторная ЛВС, объединяющие ППЭВМ типа IBM PC AT-386/486 и Pentium наблюдательных комплексов и подразделений САО на базе сетевой аппаратуры Ethernet/Arcnet. Реализована система электронной почты на базе модемного доступа по коммутируемым каналам к сети Relcom и Sovam Teleport. Сеть Центра на первом этапе будет включена в лабораторную ЛВС.
Основной особенностью предлагаемого развития сети Центра будет использование достаточно мощных серверов для трех локальных сетей и объединение этих сетей в единую информационно-вычислительную сеть, с сохранением применяемых в настоящее время компьютеров AT-386/486 и Pentium в качестве рабочих станций.
Особенностью предлагаемых коммуникационных процессоров Cisco является максимальная универсальность набора интерфейсов, мультипротокольность, встроенная поддержка Ethernet и сравнительно низкая стоимость.
В результате создания компьютерной сети Центра и включения в нее локальных сетей астрономических подразделений университетов - участников проекта будут решены задачи оптимальной организации процесса наблюдений на БТА и РАТАН-600. Упростится взаимодействие как наблюдателя, так и заявителя наблюдательной программы со всем наблюдательным комплексом, включая системы управления, сбора и обработки данных, архив и банк данных, обеспечивающие наблюдения службы и подразделения САО. Появится возможность проведения наблюдений, получения и обработки данных в Центре и университетах - участниках проекта, без необходимости работы в экстремальных условиях высокогорья и даже без необходимости приезда в САО, благодаря сетевому доступу к комплексам БТА и РАТАН-600 из других городов и стран.
Появится возможность проведения совместных с другими телескопами наблюдений в реальном времени и оперативного получения данных других обсерваторий. Сократится количество обслуживающего персонала БТА и РАТАН-600. Повысится надежность и оперативность выполнения наблюдательных программ, обработки наблюдательных данных и получения астрофизических результатов, что, в конечном итоге, приведет к повышению эффективности использования астрономическим сообществом России и мира уникальных и дорогостоящих научных комплексов наземной астрономии для решения фундаментальных проблем естествознания и роста качества образования.

6.ШКОЛА И ОЛИМПИАДА ПО АСТРОФИЗИКЕ НА БАЗЕ ЦЕНТРА

С 1997 года мероприятия связанные, с пропагандой астрономических знаний среди школьников, учителей и любителей астрономии, традиционно проходившие в САО РАН, проводятся под эгидой Учебно-научного центра коллективного пользования на базе САО РАН.
Важнейшим мероприятием такого рода является Российская олимпиада по астрономии и космической физике, которая была учреждена в 1994 году и с тех пор регулярно проводится. Ее победители в качестве одной из наград получают приглашение в Специальную астрофизическую обсерваторию Российской Академии наук на Осеннюю астрономическую школу. Вот уже четыре года в конце октября или начале ноября в поселок обсерватории, Нижний Архыз в Карачаево-Черкесии, съезжаются школьники и их наставники из различных уголков России и некоторых соседних государств.
Первая школа в ноябре 1994 г. была организована совместно САО РАН и Координационным советом Астрономической олимпиады при финансовом содействии Фонда Сороса. Последующие школы (1995, 96 и 97 г.г.) Фонд Сороса уже не финансировал, все расходы пришлось взять на себя САО РАН и организациям, командировавшим участников.
Организаторы школы стремятся помочь гостям обсерватории набраться здесь не только новых знаний, но и свежих жизненных впечатлений. Этому способствуют как общение с профессиональными астрономами и товарищами по увлечению, так и комплексная программа, включающая наряду с научным и образовательным общекультурный, краеведческий и спортивный элементы. В частности, приезжие имеют возможность без отрыва от основных занятий сопоставить равнинный участок междугорья, где расположен радиотелескоп РАТАН-600, ущелье, укрывающее поселок обсерватории, и отрог Передового хребта, на который поднят оптический телескоп БТА. Но вместе с тем выделяется время и для посещения Архызского ландшафтного района, одного из самых красивых на Северном Кавказе. Занятия традиционно начинаются с пешеходной экскурсии на руины средневекового аланского города, узлового пункта северной ветви'шелкового пути', центра Аланской епархии. Здешние христианские храмы X века - древнейшие в России.
Планируется (но из-за нехватки времени пока, к сожалению, не удается) подключить к программе школы лермонтовские места, архитектуру модерна и конструктивизма и другие культурные ресурсы городов Кавминвод.
Научная часть программы предлагает школьникам лекции, практические занятия и наблюдения. Последним, в силу того, что школа проходит на крупнейшей в России обсерватории, уделяется основное внимание. Ребята и их учителя присутствуют во время наблюдений на облучателях радиотелескопа РАТАН-600 и в аппаратных 6-м и 1-м оптических телескопов, получают возможность самостоятельно наблюдать визуально и фотографировать небесные объекты с помощью небольших инструментов. При облачном небе оптические наблюдения заменяются ознакомлением с конструкцией БТА - первого крупного телескопа на альт-азимутальной монтировке, с разнообразными монтировками и оптическими системами других телескопов САО РАН и Северо - Кавказской астрономической станции Казанского госуниверситета, с самыми современными спектрографами, фотометрами и другими светоприемными устройствами, созданными в САО РАН, с методиками получения и обработки наблюдательных данных. Проводятся практикумы по астрофотографии и по применению в астрономии заменивших фотопластинки ПЗС-матриц. Многих привлекают путешествия по небу с помощью Паломарского атласа и его компьютерных аналогов.
При подборе лекций, практикумов, и, соответственно, преподавателей, мы стремимся с одной стороны отразить основные разделы современной астрофизики, а с другой - соблюдать принцип'здесь и сейчас'. Лекции читают ведущие специалисты САО РАН: академик РАН Ю.Н.Парийский, член-корреспондент РАН Ю.Ю.Балега, доктора физ.-мат. наук И.Д.Караченцев, В.Е.Панчук и др.. Привлекаются лекторы и из других учреждений, в том числе взрослые участники школы. Но в лекционном зале или непосредственно у телескопов гости обязательно знакомятся с астрономами, выполняющими текущие наблюдательные программы, узнают из первых рук о поставленных задачах, об успехах и неудачах в их решении. И конечно, содержание всех занятий увязывается с наблюдениями последних недель и месяцев. Многие лекции посещаются не только гостями, но и студентами, аспирантами и молодыми сотрудниками САО РАН.
Ниже приведены темы лекций, прочитанных в 1997 году на Осенней астрономической школе:

Насыщена и программа для взрослых. Это школьные учителя, преподаватели специализированных лицеев, лекторы планетариев, как правило энтузиасты и большие мастера астрономического образования. Их встречи, обмен мнениями и опытом между собой, с сотрудниками САО РАН и членами оргкомитета сами по себе весьма плодотворны. Кроме того проблемам преподавания астрономии в средней школе и системе дополнительного образования посвящаются официальные совещания, и'педсоветы'. На одном из них в 1995 г. была учреждена Ассоциация Учителей астрономии.
Среди педагогов есть сторонники как традиционного профориентирующего, так и более широкого и гуманизированного подходов к школьному образованию. Однако преобладает мнение, что с основами астрономии надо знакомить школьников 5-9 классов, а в старших классах сохранить лишь более сложные ее разделы, требующие знаний по физике и владения математическим аппаратом.
В 1996 и 1997 г.г. в рамках школы были проведены Международные олимпиады Астрономического общества. В них кроме российских школьников приняли участие гости из Швеции, Финляндии, Индии и Армении. Сборная России формировалась по результатам Российской олимпиады, другие страны самостоятельно определяли состав своих команд. Языковая проблема решалась так же, как и на большинстве международных олимпиад: оргкомитет готовил задания на двух рабочих языках (русском и английском), но непосредственно перед турами руководители команд могли перевести задания также и на родные языки участников.
Олимпиады, проводимые в САО РАН, а теперь в Центре включают в себя 3 тура: теоретический, практический и наблюдательный. На теоретическом туре участники делятся на две возрастные подгруппы: 9-10 и 11(12) классы. Им предлагается по 6-7 задач на 4 часа. На практический тур отводится 2-2.5 часа. Задания этого тура, как и задачи, могут учитывать возраст, но пока они были одинаковыми для всех. Задания и время проведения наблюдательного тура подстраиваются под погоду. В 1996 г., например, небо было ясным изо дня в день и из ночи в ночь, что привело даже к переутомлению наиболее активных наблюдателей. Венера тогда находилась в западной элонгации, и ее можно было видеть невооруженным глазом по крайней мере до полудня. Это позволило удачно увязать наблюдательный тур (дневные наблюдения Венеры, измерения углового расстояния между ней и Солнцем) с практическим (построение орбиты по результатам подобных наблюдений за несколько последних лет). В 1997 г., напротив, из 7 запланированных наблюдательных вечеров лишь один выдался ясным. Он был использован для проверки знания звездного неба - по методике испытания древних воинов: предлагалось узнавать созвездия и отдельные звезды в случайных просветах между кронами деревьев.
Жюри олимпиад формируется из сотрудников САО РАН и Центра, руководителей команд и членов Координационного совета Российской олимпиады. Предварительно зашифрованные работы проверяются по крайней мере дважды разными членами жюри. Среди них работы распределяются не по странам ( как это принято на большинстве международных олимпиад), а по задачам (как на Российских олимпиадах). Этим достигается большее единообразие критериев проверки.
По окончании школы каждому ее участнику (как школьнику, так и взрослому) вручается специальное удостоверение. Кроме того участники и победители Олимпиады награждаются соответствующими дипломами. Но главное, что по отзывам самих участников дает им визит в САО,- это, конечно, знакомство с тем, как и над чем работают астрономы-профессионалы.
Следует отметить, что олимпиада по своей сути несколько отличается от школы. Первая важнее второй для школьников, внутренне ориентированных больше на соревнование, чем на учебу, и с завершением олимпиады их интерес к занятиям заметно снижается. Но в некоторых регионах образовательные власти отказываются финансировать поездку на далекую обсерваторию, если она не обещает получения престижных дипломов. Так что нам предстоит еще поработать над гармоничным совмещением школы и олимпиады в одном мероприятии.
Создание и функционирование Центра в рамках ФЦП'Интеграция' дает новый импульс для проведения Осенних астрономических школы на базе Центра и САО РАН.
Четвертая осенняя астрономическая школа и Вторая международная олимпиада по астрономии, в которой участвовали победители Российской олимпиады по астрономии и космической физике проходила с 22 октября по 1 ноября 1997 года. Мероприятия были организованы совместно Центром, САО РАН и Координационным советом Астрономической олимпиады, финансировалась Центром за счет ФЦП'Интеграция', САО РАН, Астрономическим обществом и организациями, командировавшими участников.
В школе и олимпиаде участвовало 38 старшеклассников из России (от ближайших Краснодара и Ставрополя до Новгорода, Ухты и Улан-Удэ), Армении и Индии и 17 их наставников (школьные учителя, преподаватели специализированных лицеев, лекторы планетариев).
Оргкомитетом была разработана и успешно выполнена комплексная программа, включающая научный, образовательный, общекультурный, краеведческий и спортивный элементы. Прочитана (в основном сотрудниками САО РАН) 21 лекция по основным разделам современной астрофизики и текущим наблюдательным программам, выполняемым в обсерватории. Ежедневно школьники и учителя присутствовали на наблюдениях, знакомились с конструкциями телескопов и вспомогательных приборов, с применением компьютеров в наблюдениях, обработке и архивизации наблюдательных данных.
Приехавшие педагоги активно обменивались мнениями и опытом между собой и с сотрудниками САО РАН. Проведена конференция по проблемам преподавания астрономии в средней школе и системе дополнительного образования.
Олимпиада включала 3 тура: теоретический, практический и наблюдательный, все они прошли успешно, знания, исследовательские и наблюдательные навыки школьников оценены, победители награждены дипломами.
Гости обсерватории приняли также участие в спортивных состязаниях, в самодеятельном концерте, посетили руины средневекового аланского города X-XIII в.в. и Архызский ландшафтный район, один из самых красивых на Северном Кавказе.
Заинтересованные в проведении школы и желающие принять в ней участие могут присылать по адресам, указанным ниже и опубликованным в журнале'Звездочет' свои вопросы, замечания, советы и задачи для олимпиад.
Очередная, Пятая осенняя астрономическая школа планируется в октябре 1998 года. Информация (на русском и английском языках) о ней и об олимпиаде будет размещена в Интернете на WWW Подмосковного филиала МГУ (142432, Черноголовка Московской обл., Институтский просп., 15): http://www.issp.ac.ru/univer/; электронная почта: gavrilov@issp.ac.ru.

Справка
о расходах ФЦП'Игнтеграция' на проведение школы-олимпиады 1997 года
(Нижний Архыз).
(в рублях в ценах 1997 года)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Создание Учебно-научного центра коллективного пользования на базе Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук'Наземная астрономия' с Филиалом кафедры физики космоса РГУ в качестве структурного подразделения Центра , учебными лабораториями астрофизики и информатики и интеграция в структуру Центра Северо - Кавказской астрономической станции КГУ дает мощный импульс интеграции усилий ВУЗов и Российской академии наук в области подготовки студентов и повышении квалификации научных сотрудников, развитию новых методов обучения на базе Центра. Развитие инфраструктуры Центра служит интенсификации совместных научных исследований в области астрофизики, повышению эффективности использования приборной базы и облегчению доступа к уникальным астрофизическим инструментам и базам данных для обучения и научной работы.
Развитие существующей практики взаимодействия Специальной астрофизической обсерватории РАН с университетами России в области подготовки студентов и проведения совместных научных исследований в рамках Центра существенно повышает качество подготовки студентов, аспирантов, стажеров и обучения молодых научных сотрудников благодаря работе на уникальном научном оборудовании САО РАН.
Начатая разработка и внедрение новых методов обучения на основе информационно-сетевых технологий, разработка средств и методик удаленного доступа к наблюдательным комплексам и базам данных, доступных для использования студентами, аспирантами и научными сотрудниками ВУЗов - участников проекта существенно улучшат образовательный и научный потенциал университетов.
Компьютерная сеть Центра и включение в нее локальных сетей астрономических подразделений университетов - участников проекта оптимизируют организацию процесса наблюдений на БТА и РАТАН-600. Упростится взаимодействие, как наблюдателя, так и заявителя наблюдательной программы со всем наблюдательным комплексом, включая системы управления, сбора и обработки данных, архив и банк данных, обеспечивающие наблюдения службы и подразделения САО. Появится возможность проведения наблюдений, получения и обработки данных в Центре и университетах - участниках проекта, без необходимости работы в экстремальных условиях высокогорья и даже без необходимости приезда в САО, благодаря сетевому доступу к комплексам БТА и РАТАН-600 из других городов и стран. Появится возможность проведения совместных с другими телескопами наблюдений в реальном времени и оперативного получения данных других обсерваторий.
Дальнейшее функционирование Центра в рамках выполнения ФЦП 'Интеграция' несомненно послужит целям развития фундаментальной науки и высшего образования.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

БТА - большой телескоп азимутальный
ГАИШ - Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова
КГУ - Казанский государственный университет
КТШТ - межведомственная комиссия по тематике 6-ти метрового телескопа
ЛВС - локальная вычислительная сеть
МГУ - Московский государственный университет
ПЗС - прибор с зарядовой связью
РАТАН-600 - радиотелескоп Академии наук
РГУ - Ростовский на Дону государственный университет
CАО РАН - Специальная астрофизическая обсерватория Российской Академии наук
СПбГУ - Санкт-Петербургский государственный университет
УНЦКП - Учебно-научный центр коллективного пользования на базе Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук -'Наземная астрономия'.