izvcrao Изв. Крымск. Астрофиз. Обсерв. Izv. Krymsk. Astrofiz. Observ. Известия Крымской астрофизической обсерватории Izvestiya Krymskoi Astrofizicheskoi Observatorii 0367-8466 3034-4107 Киселев Н.Н., пос. Московский, Москва, РФ RU 1126 10.34898/izcrao-vol119-iss3-pp19-25 Материалы конференции "Современные инструменты и методы в астрономии" Modern Instruments and Methods in Astronomy Conference Proceedings Численное моделирование спектральной аппаратуры Numerical simulation of spectral equipment Фатхуллин Тимур Fatkhullin Timur Юшкин Максим Yushkin Maksim Панчук Владимир Panchuk Vladimir Специальная астрофизическая обсерватория, Нижний Архыз, 369167, Зеленчукский район, Карачаево-Черкесская республика, Российская Федерация Special Astrophysical Observatory, Nizhnij Arkhyz 369167, Zelenchukskiy region, Karachai-Cherkessian Republic, Russian Federation Специальная астрофизическая обсерватория, Нижний Архыз, 369167, Зеленчукский район, Карачаево-Черкесская республика, Российская Федерация Special Astrophysical Observatory, Nizhnij Arkhyz 369167, Zelenchukskiy region, Karachai-Cherkessian Republic, Russian Federation Специальная астрофизическая обсерватория, Нижний Архыз, 369167, Зеленчукский район, Карачаево-Черкесская республика, Российская Федерация Special Astrophysical Observatory, Nizhnij Arkhyz 369167, Zelenchukskiy region, Karachai-Cherkessian Republic, Russian Federation 15 11 2023 119 3 19 25 04 10 2023 Copyright (c) 2023 Тимур Фатхуллин, Максим Юшкин, Владимир Панчук Copyright (c) 2023 Fatkhullin T., Yushkin M., Panchuk V. 2023 Тимур Фатхуллин, Максим Юшкин, Владимир Панчук Fatkhullin T., Yushkin M., Panchuk V. Метаданные этой статьи доступны по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная. Авторское право и право на публикацию текстов, представленных в журнале  "Известия Крымской астрофизической обсерватории", сохраняются за авторами, при этом право первой публикации предоставляется журналу. Тексты могут свободно использоваться при условии правильного цитирования с указанием авторства в соответствии с лицензией Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная. The metadata for this submission is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License. Copyright and publishing rights for texts published in Izvestiya Krymskoi Astrofizicheskoi Observatorii is retained by the authors, with first publication rights granted to the journal.Texts are free to use with proper attribution and link to the licensing (Creative Commons Attribution 4.0 International).

Мы представляем результаты разработки и применения метода численного моделирования спектральной аппаратуры высокого и низкого разрешения. Программная реализация основывается на методе трассировки лучей и выполнена на языке C++ с применением технологии nVidia CUDA (Compute Unified Device Architecture). Представлены результаты моделирования спектрографов как наземного базирования (БТА/NES – эшелле-спектрограф телескопа БТА), так и космического исполнения в рамках проекта “Спектр-УФ”. Показано, что полученные модельные двумерные эшелле и длиннощелевые спектры можно использовать для оценки энергетической эффективности предлагаемых оптических схем, для расчета характеристик градиентных просветляющих покрытий, а также для создания и отладки системы автоматической обработки наблюдательных данных задолго до запуска космических обсерваторий. На примере моделирования спектрографа NES демонстрируется анализ различий между “идеальной” оптической схемой и реальной технической реализацией, например в деталях изготовления нарезных эшелле-решеток, то есть их отличий от ожидаемых характеристик. В итоге мы показываем, что реализованная математическая модель является полез- ным и действительно мощным инструментом для проектирования астрономической спектральной аппаратуры, расчета и обоснования ее базовых характеристик, а также для планирования самого астрофизического эксперимента.

The results of numerical simulations of high- and low-resolution spectral devices are presented, as well as their real-life application. A ray-tracing method, C++ programming language, and nVidia CUDA (Compute Unified Device Architecture) technology were used for the computer program implementation. The results of simulations for the ground- (BTA/NES, Big Telescope Alt-azimuth Nesmith Echelle Spectrograph) and space-based (Spectr-UF) spectrographs are exposed. It is shown that the model two-dimensional echelle and long-slit spectra can be used to estimate the energy efficiency of the proposed optical design, to calculate the characteristics of gradient anti-reflection coatings, as well as to create and debug an automatic processing pipeline for observational data long before the launch of space observatories. By using the NES spectrograph simulations, an analysis of the differences between the “ideal” optical design and its real technical implementation is demonstrated. For example, some manufacturing details of ruled echelle gratings may cause significant differences from expected performance. As a result, we show that the implemented mathematical model is a useful and truly powerful tool for astronomical spectral equipment designing, calculating and justifying its basic characteristics, as well as for planning the astrophysical experiment itself.

спектрографы наземная и космическая астрономия вычислительные методы spectrographs space and ground-based astronomy computational methods Yushkin M.V., Fatkhullin T.A., Panchuk V.E., 2016. Astrophysical Bulletin, vol. 71, no. 3, pp. 372–385. (In Russ.) Ballester P., Rosa M.R., 1997. Astron. Astrophys. Suppl. Ser., vol. 126, pp. 563–571. Boyarchuk A.A., Shustov B.M., Moisheev A.A., Sachkov M.E., 2013. Solar System Research, vol. 47, p. 499. Ghavamian P., Aloisi A., Lennon D., et al., 2009. Preliminary Characterization of the Post-Launch Line Spread Function of COS (No. COS ISR 2009-01(v1)). Tech. Rep. Baltimore: STScI. Panchuk V.E., Klochkova V.G., Yushkin M.V., 2017. Astron. Rep., vol. 61, no. 9, pp. 820–831. Sachkov M.E., Panchuk V.E., Yushkin M.V., Fatkhullin T.A., 2016. In Jan-Willem A. den Herder et al. (Eds.), Space Telescopes and Instrumentation 2016: Ultraviolet to Gamma Ray. Proceedings of the SPIE, vol. 9905, id. 990537.