Способ формирования, производимого непосредственно на орбите, зеркально-линзовой оптической системы и сформированная зеркально-линзовая оптическая система на основе гибких зеркал
Изобретение относится к телевизионной технике, в частности к прикладным телевизионным системам дальнего ИК-диапазона. Техническим результатом является возможность создания на орбите космического телескопа с диаметром большого зеркала, равным нескольким десяткам метров, при незначительной массе исходных материалов, что облегчает доставку телескопа на орбиту. Сущность изобретения заключается в том, что сегменты соединяют в несущее кольцо, устанавливают кронштейны, малое зеркало, корригирующую линзу и телевизионный блок. Далее регулируют давление в объеме, образованном полотнищами пленки, прикрепленными к несущему кольцу. 2 н. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к телевизионной технике, в частности к прикладным телевизионным системам дальнего ИК-диапазона.
Целью изобретения является создание способа формирования, производимого непосредственно на орбите, зеркально-линзовой оптической системы для диапазона волн 8-14 мкм и зеркально-линзовой телескопической системы на основе гибких зеркал для реализации этого способа.
Увеличение и чувствительность телескопа зависят от входной апертуры его оптической системы и разрешающей способности и чувствительности преобразователя лучистая энергия/видеосигнал.
Кроме того, на качественные показатели любого телескопа влияют оптические характеристики земной атмосферы [1]. Поэтому все астрономические обсерватории располагаются в горах, на значительной высоте. Последние десятилетия телескопы выводятся в космос на стационарные орбиты. В случае выведения на стационарную орбиту большое значение имеют как масса, так и габариты телескопа. Так как точность изготовления оптических деталей должна быть не хуже 1/4 длины волны рабочего диапазона, обычно все оптические детали изготавливаются на специализированных предприятиях и целиком поставляются на орбиту. Все вышеперечисленное ограничивает размеры “большого зеркала” космического телескопа.
Следует отметить, что размеры “большого зеркала” даже наземного телескопа достигают только нескольких метров (например, “большое зеркало” телескопа обсерватории в Бюракане - 6 м).
В качестве прототипа принят зеркально-линзовый объектив Чуриловского-Росса [2], представленный на фиг.2. Объектив состоит из двух сферических зеркал 1, 2, афокального компенсатора 3 и телевизионного блока преобразования и обработки сигнала 4. При помощи зеркальной части объектива (зеркала 1 и 2) формируется оптическое изображение на мишени преобразователя свет/сигнал телевизионного блока преобразования и обработки сигнала 4, а афокальный компенсатор 3 предназначен для коррекции аберраций системы.
Целью предлагаемого изобретения является обеспечение возможности создания космического телескопа с диаметром “большого зеркала”, равным нескольким десяткам метров.
Техническим результатом заявленного является то, что самая крупногабаритная деталь космического телескопа - “большое зеркало” создается на орбите, и масса исходных материалов этого зеркала ничтожно мала, что облегчает доставку телескопа на орбиту. Известны варианты формирования антенн для радиотелескопов прямо на орбите из деталей, доставляемых в космос в сложенном виде (например, вариант “раскрываемого зонтика”). Однако получаемая точность формирования таким образом большого зеркала телескопа невысока и позволяет применять этот способ для длин волн 1 мм и более. Это объясняется не только точностью стыковки отдельных секторов и сегментов антенны, но также тем, что радиус указанных антенн не представляет собой непрерывной функции. Для работы в дальнем ИК-диапазоне и более коротковолновых диапазонах предлагается способ формирования антенны (или большого зеркала телескопа) с использованием зеркала на основе гибких пленок.
Предлагаемый способ формирования, производимого непосредственно на орбите, зеркально-линзовой оптической системы для диапазона волн 8-14 мкм, состоящий в том, что конструкцию доставляют в сложенном виде и приводят в рабочее состояние непосредственно на орбите, конструкция доставляется в виде сегментов кольца с прикрепленными к ним двумя склеенными по периметру круглыми полотнищами полиимидной (или любой другой прозрачной для выбранного диапазона длин волн) пленки, на внутреннюю сторону одного из полотнищ нанесено зеркальное для выбранного диапазона длин волн покрытие. Одновременно с сегментами кольца на место сборки доставляют кронштейны, малое зеркало, корригирующую линзу и телевизионный блок, причем по команде с Земли происходит автоматическая сборка телескопа, состоящая в том, что сегменты соединяют в несущее кольцо, растягивая, таким образом, склеенные полотнища пленки, устанавливают кронштейны, малое зеркало, корригирующую линзу и телевизионный блок, регулируют давление в замкнутом объеме, превращающее поверхность с зеркальным покрытием в сферическую поверхность, причем рабочие отрезки и центровка системы обеспечиваются конструкцией, а кривизна большого зеркала обеспечивается точным подержанием разницы давления внутри замкнутого объема и космоса.
Реализацией вышеупомянутого способа является телескопическая система на основе гибких зеркал для использования в космосе, содержащая сферическое зеркало, корригирующую линзу и телевизионный блок преобразования и обработки сигнала, в которую введено гибкое сферическое зеркало, несущее кольцо и кронштейны крепления, причем основной базовой деталью является несущее кольцо, к которому крепят кронштейны крепления, на которых жестко устанавливают второе сферическое зеркало, корригирующую линзу и телевизионный блок преобразования и обработки сигнала, причем к несущему кольцу крепится по периметру деталь, образованная двумя круглыми листами пленки, герметично соединенными по периметру, на рабочей поверхности (за исключением центральной части) одного из листов нанесено зеркальное покрытие, а необходимая кривизна первого зеркала получается путем создания разности давлений на границе сред, разделяемых пленкой путем накачивания при помощи насоса в полученный объем нейтрального газа, имеющего малое поглощение в диапазоне длин волн 8-14 мкм, причем точная величина этой разности давлений контролируется датчиками давления расположенных в этих средах, а зеркала и корригирующая линза расположены таким образом, что их оптические оси совмещены, причем рабочие промежутки гарантированы конструктивными допусками.
Предлагаемая зеркально-линзовая телескопическая система приведена на фиг.1. Конструктивно она состоит из жесткого кольца 1, на котором при помощи жестких крестообразных кронштейнов 5 установлены зеркало 2 и афокальная корригирующая линза 6. К этому же кольцу 1 крепится деталь, изготовленная из полиимидной пленки. Эта деталь представляет собой два круглых листа полиимидной пленки толщиной от долей до нескольких десятков микрон, герметично соединенных друг с другом по периметру. Полиимидная пленка может быть заменена другой прочной и прозрачной в выбранном диапазоне длин волн пленкой (например, лавсановой или полипропиленовой). При закачивании во внутренний объем 3 нейтрального газа, имеющего минимальный коэффициент поглощения в диапазоне длин волн 8-14 мкм, эти листы примут сферическую форму. На поверхности полиимидной пленки 4 нанесено алюминиевое зеркальное покрытие (за исключением центральной части). Кривизна зеркала зависит от разности давлений на границе сред, разделяемых полиимидной пленкой. Величина давлений контролируется при помощи датчиков давления 8 и 9, сигналы с которых поступают на спецвычислитель 11, при помощи которого производится управление устройством регулирования давления 10 в объеме 3. Таким образом предложенная конструкция формируется в зеркально-линзовый объектив. Диаметр сферического зеркала 4 может быть достаточно большим (например, несколько десятков метров). Телескопическая система состоит из зеркально-линзового объектива (зеркала 2, 4 и линза 6) и телевизионного блока преобразования и обработки сигнала 7. Созданная таким образом телескопическая система для использования в космосе может быть на два-три порядка более светосильной, чем ее аналог, изготовленный по существующей технологии. Элемент 2 может быть выполнен также на основе гибких, например, полиимидных, пленок, если это целесообразно.
Работает система следующим образом.
Зеркально-линзовый объектив (поз. 4, 2, 6) формирует оптическое изображение на мишени преобразователя лучистая энергия/видеосигнал, который проходит необходимую обработку в телевизионном блоке преобразования и обработки видеосигнала 7. Сигналы с датчиков давления 8, 9 поступают на спецвычислитель 11, который по результатам анализа этих сигналов регулирует давление в объеме 3 при помощи устройства регулирования давления 10.
Зеркально-линзовая оптическая система для диапазона волн 8-14 мкм и способ ее создания могут быть широко использованы для высокочувствительных телескопов, систем экологического мониторинга и космической разведки. Технологический уровень современной техники делает воплощение вышеописанного способа совершенно реальным.
Литература
1. Справочник по инфракрасной технике. - М.: Мир, 1995 г., т.2.
2. Волосов Д.С. Фотографическая оптика. - Искусство, 1978 г., стр.345.
Формула изобретения
1. Способ формирования зеркально-линзовой телескопической системы, состоящий в том, что конструкцию доставляют в сложенном виде и приводят в рабочее состояние непосредственно на орбите, отличающийся тем, что конструкцию доставляют в виде сегментов кольца с прикрепленными к ним двумя склеенными по периметру круглыми полотнищами пленки, прозрачными для выбранного диапазона длин волн, причем на рабочую поверхность одного из полотнищ пленки нанесено зеркальное для выбранного диапазона длин волн покрытие, кронштейнов, малого зеркала, корригирующей линзы и телевизионного блока, по команде с Земли происходит ручная или автоматическая сборка телескопа, состоящая в том, что сегменты соединяют в несущее кольцо, растягивая склеенные полотнища пленки, устанавливают кронштейны, малое зеркало, корригирующую линзу и телевизионный блок, регулируют давление в замкнутом объеме, образованном склеенными по периметру полотнищами пленки, превращающее полотнище с зеркальным покрытием в сферическую поверхность большого зеркала, причем рабочие отрезки и центровки системы обеспечиваются конструкцией, а кривизна большого зеркала обеспечивается точным поддержанием разницы давлений внутри замкнутого объема и космоса.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что круглые полотнища выполнены из полиимидной пленки.
3. Зеркально-линзовая телескопическая система, формируемая непосредственно на орбите для использования в космосе, содержащая первое сферическое зеркало, корригирующую линзу и телевизионный блок преобразования и обработки сигнала, отличающаяся тем, что введены несущее кольцо и кронштейны крепления, два датчика давления, вычислитель и устройство регулирования давления, причем основной базовой деталью является несущее кольцо, к которому крепят кронштейны крепления, на которых жестко устанавливают второе сферическое зеркало, корригирующую линзу и телевизионный блок преобразования и обработки сигнала, причем к несущему кольцу крепится по периметру первое сферическое зеркало, выполненное гибким в виде двух круглых пленок, герметично соединенных по периметру, на рабочей поверхности, за исключением центральной части, одной из пленок нанесено зеркальное покрытие, а необходимая кривизна первого сферического зеркала получается путем создания при помощи устройства регулирования давления разности давлений сред, разделяемых пленками, причем точная величина этой разности давлений контролируется датчиками давления, расположенными в этих средах, причем первое сферическое зеркало оптически соединено с телевизионным блоком преобразования и обработки сигнала через второе сферическое зеркало и корригирующую линзу, а датчики давления соединены с вычислителем, выход которого соединен с объемом, образованным двумя круглыми пленками, герметично соединенными по периметру, через устройство регулирования давления.
