Орбитальный телескоп с синтезированной апертурой для аппаратуры дистанционного зондирования Земли

Объектом исследования являлась разработка метода апертурного синтеза зеркальной системы, предназначенной для дистанционного зондирования Земли.

Проведен анализ существующих методов формирования синтезированной апертуры, оценена их точность, стоимостные, а также массогабаритные характеристики. Представлен новый вариант оптической системы зеркального объектива с синтезированной апертурой и выполнена его оптимизация в программном пакете Zemax. Произведена оценка точности спроектированной системы, разработан вариант конструкции, включающий механизм трансформации при выводе телескопа на околоземную орбиту.

В результате исследования определены конструктивные параметры базового объектива: фокусное расстояние 13 м, диаметр главного зеркала 800 мм, угол поля зрения 0,25° для модификации телескопа для низкой орбиты; и всего телескопа в целом: отставание от главной оси телескопа 1,2 м, угол поворота плоского зеркала для совмещения изображений (45 + 1,5)°, отношение сигнал/шум (189 на низкой орбите с углом Солнца 0°, 15 на геостационарной орбите с углом Солнца 60°).

Установлено, что использование технологии апертурного синтеза позволяет разрабатывать оптико-электронные системы высокого разрешения с меньшими затратами на производство и эксплуатацию по сравнения с классическими методами формирования поверхности главного зеркала. В ходе проведения моделирования была определена неустойчивость значений частотно-контрастной характеристики при увеличении угла поля зрения, что актуально для низкой околоземной орбиты, а также установлено требование по ошибкам позиционирования элементов оптической системы.

1. Sharing Earth Observation Resources. eoPortal Directory. Satellite Missions. European Space Agency. ESA 2000-2018. Available at: https://earth.esa.int/web/eoportal/satellite-missions

2. QuickBird Imagery Products. Product Guide. DigitalGlobe, Inc. Revision 4.7.1. Release Date: 1 May 2006, 78 p.

3. Kobernichenko V.G., Trenikhin V.A. [Methods of image synthesis based on remote sensing data of the earth of various resolutions]. Successes of modern radio electronics, 2007, no. 4, pp. 22–31 (in Russian).

4. Malinnikov V.A., Stetsenko A.F., Altynov A.E., Popov S.M. Monitoring prirodnoy sredi aerokosmicheskimi sredstwami [Monitoring the natural environment by aerospace tools], Moscow, MIIGAiK Publ., 2008, 173 p. (in Russian).

5. Demin A.V. Mathematical model of the process of adjustment of composite mirrors // News of universities. Instrument making. – 2015. – Vol. 58, no. 11, pp. 901–907 (in Russian). DOI: 10.17586/0021-3454-2015-58-11-901-907

6. Curtis Baffes, Terry Mast, Jerry Nelson, Eric Ponslet, Vince Stephens, Larry Stepp, Eric C. Williams. Primary Mirror Segmentation Studies for the Thirty Meter Telescope. SPIE 7018-29, TMT.OPT.JOU.08.003. REL01, JPL CL#08-1541. – 15 p.

7. Sabelhaus P.A., Decker J.E. An overview of the James Webb Space Telescope (JWST) project. Proceeding of SPIE, 2004, vol. 5487, 14 p. DOI: 10.1117/12.549895

8. Demin A.V., Kovalev I.A. The Mathematical model and the simulation modelling algorithm of the multitiered mechanical system. ABC Journal of Advanced Research, 2013, мol. 2(1), is. 3, pp. 44–48. DOI: 10.18034/abcjar.v2il.427

9. Gardner J.P., Mather J.C., Clampin M., Doyon R., Greenhouse M.A., Hammel H.B., Wright G.S. The James Webb space telescope. Space Science Reviews, 2006, vol. 123(4), pp. 485-606. DOI: https://doi.org/10.1007/s11214-006-8315-7

10. Ermolaeva E.V., Zverev V.A., Filatov A.A. Adaptivnaya optika [Adaptive optics]. – SPb: NRU ITMO, 2012. – 297 p. (in Russian).