DE602004000167T2 - Sehr hoch auflösendes Teleskop - Google Patents

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    • G02B7/183Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors specially adapted for very large mirrors, e.g. for astronomy, or solar concentrators
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf sehr hoch auflösende Teleskope, insbesondere solche, die für die Beobachtung der Erde von Satelliten aus verwendet werden.
  • Zur Beobachtung der Erde von Satelliten aus verwendet man für gewöhnlich Teleskope, mit denen man detaillierte Fotos erhalten kann. Das zur Zeit für Satelliten in der Umlaufbahn in relativ geringer Höhe in der Größenordnung von beispielsweise 500 km gewünschte Detailniveau erfordert eine sehr hohe Auflösung in der Größenordnung von 2 mrd Phasenwinkel.
  • Zur Erzielung solcher Leistungen muss man Teleskope mit großem Durchmesser, mindestens 300 mm einsetzen, bei denen die mechanische Festigkeit der Elemente, insbesondere die Positionierung der verschiedenen Spiegel sehr groß sein muss, schlimmstenfalls mehrere Mikrometer.
  • Zur Erreichung einer derartigen Festigkeit bedarf es der mechanischen Entkopplung des Teleskops bezogen auf den Satelliten oder den Träger, an dem es angebracht ist, sowie einer teleskopinternen Entkopplung.
  • Die im Allgemeinen an einem solchen Teleskop verwendete optische Verbindung ist vom Typ KORSCH gewinkelt, wie in 1 dargestellt. Der auf einem Hauptsammelspiegel M1 101 erfasste optische Strahl wird von diesem Spiegel 101 zu einem kleinen Sekundärspiegel M2 102 umgelenkt. Er durchquert den Spiegel 101 durch eine Mittelöffnung 103, um dann mit 90 Grad durch einen Umlenkspiegel 104 umgelenkt zu werden. Der so mit 90 Grad umgeleitete optische Strahl wird anschließend von anderen für die gewünschten Nutzungen geeigneten optischen Vorrichtungen aufgenommen. In dem in der Figur dargestellten Beispiel wird er von einem dritten Bündelungsspiegel M3 105 wieder aufgenommen, der ihn mit dem dann halbdurchlässigen Spiegel 104 auf eine Brennebenenvorrichtung 106, beispielsweise eine Fotoplatte, umlenkt.
  • Eine derartige gewinkelte Verbindung ermöglicht den Erhalt einer langen Brennweite mit geringem Raumbedarf. Hingegen hat sie den Nachteil, hinsichtlich der Leistungen des Endbildes sehr empfindlich gegenüber der Winkelstabilität des Hauptspiegels M1 und gegenüber der Entfernungsfestigkeit zwischen den Spiegeln M1 und M2 zu sein.
  • Zur Erreichung der gewünschten Festigkeit verwendet man zurzeit eine Struktur wie in 2 dargestellt.
  • Bei einer derartigen Ausführung beinhaltet das Teleskop eine Hauptstruktur 201, die an der Plattform 202 oder Nutzungsstruktur zum Tragen des Teleskops befestigt ist mittels mehrerer (im Allgemeinen 3 oder 4) Befestigungsvorrichtungen 203, deren Form es ermöglicht, gleichzeitig eine Filterung und eine Entkopplung bezogen auf die Verzerrungen der Plattform 202 zu erzielen. Im Inneren des Teleskops trägt die Hauptstruktur alle optischen Elemente und gewährleistet eine zweite Filterungs- und Entkopplungsebene gegenüber den Verzerrungen. Diese zweite Filterungsebene wird vor allem durch Befestigungsvorrichtungen 204 erreicht, die den Spiegel M1 mit der Hauptstruktur 201 verbinden. Der Spiegel M2 wird in dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel über ein Rohr 205 und Arme 206 mit der Hauptstruktur verbunden.
  • Diese Struktur, die zwei Filterungs-/Entkopplungsstufen beinhaltet, wird mit einem Satz komplexer und teurer Teile ausgeführt. Die Montage dieser Teile an sich ist langwierig und kompliziert, was noch die Gesamtkosten für die Herstellung des Komplexes erhöht.
  • Die Dokumente FR 2764082 und US 5.138.484 zeigen Teleskope mit Primär- und Sekundärspiegel, die an monolithischen Strukturen befestigt sind.
  • Zwecks Vereinfachung der Herstellung eines solchen Teleskops und folglich Senkung seiner Kosten bietet die Erfindung ein sehr hoch auflösendes Teleskop wie in Anspruch 1 definiert an, des Typs mit einem Hauptspiegel M1, einem Sekundärspiegel M2, einem Satz optischer Elemente zur Gewährleistung des gewinkelten Gangs des optischen Strahls hinter dem Hauptspiegel, und Befestigungsmitteln, um die Montage dieser Organe und ihre Befestigung an der Nutzungsstruktur des Teleskops durchzuführen, und gleichzeitig eine Filterung und Entkopplung bezogen auf die Verzerrungen dieser Struktur auszuüben, hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass es eine monolithische Grundstruktur beinhaltet, in welche der Hauptspiegel M1 integriert ist und an der die genannten optischen Elemente und die bezeichneten Befestigungsmittel befestigt werden.
  • Außerdem hat die Grundstruktur etwa die Form eines Zylinders, dessen eines Ende den Hauptspiegel M1 bildet.
  • Gemäß einem anderen Kennzeichen ist die Grundstruktur hohl und enthält eine monolithische Innenabtrennung gegenüber dem Rest dieser Struktur und ermöglicht die Befestigung eines Umlenkspiegels Mr, wodurch der gewinkelte Gang des optischen Strahls erzielt werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Kennzeichen beinhaltet diese Innenabtrennung Öffnungen, die den Durchtritt dieses gewinkelten optischen Strahls im Inneren der Grundstruktur ermöglichen, um dann in Öffnungen einzumünden, die sich in der Seitenfläche der Grundstruktur befinden.
  • Gemäß einem weiteren Kennzeichen beinhaltet das Teleskop an der Seitenfläche der Grundstruktur drei Spiegelbefestigungsvorrichtungen, so genannte DFM, die in ihrer Mitte am monolithischen Teleskop befestigt sind und gleichzeitig eine mechanische Entkopplung auf der Seite der Befestigungsarme des Sekundärspiegels und auf der Seite der Befestigung dieser DFM mit der Nutzungsplattform des Teleskops ermöglichen.
  • Gemäß einem weiteren Kennzeichen beinhaltet das Teleskop so genannte Filterträger für anzubringende optische Elemente, insbesondere Umlenk- und Tertiärspiegel, wobei es sich bei diesen Trägern um Filterträger handelt, welche eine eigene mechanische Entkopplung zwischen jedem Element, das anzubringen ist, und der zylindrischen Struktur enthalten, wodurch die Leistung hinsichtlich der Bildqualität des Spiegels M1 gewährleistet wird.
  • Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung deutlich werden, in der auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird:
  • 1 ist ein Schema der optischen Verbindung eines Teleskops im Bereich der Erfindung;
  • 2 ist die Ausführung eines bekannten Teleskops in der Schrägperspektivenansicht und in der Durchsicht;
  • 3 stellt eine Schrägperspektivendraufsicht der monolithischen Grundstruktur eines Teleskops gemäß der Erfindung dar;
  • 4 stellt eine Schrägperspektivenunteransicht eines vollständig montierten Teleskops gemäß der Erfindung dar; und
  • 5 ist eine Funktionsdarstellung des Organs 414 aus 4.
  • 6 ist ein Schema der monolithischen Grundstruktur, das eine Schnittstelle für die Montage von Umlenk- und Tertiärspiegel veranschaulicht.
  • Gemäß der Erfindung beinhaltet das Teleskop wie in 3 dargestellt eine vollkommen monolithische Grundstruktur 301, von der eine Oberfläche glanzgeschliffen ist, um den Hauptspiegel M1 zu bilden. Diese Struktur hat die Form eines Zylinders, dessen oberes Ende den Spiegel M1 bildet.
  • Diese Grundstruktur wird beispielsweise aus Siliciumcarbid vom Typ Cesic oder SiC 100 gemäß bekannten Verfahren hergestellt, die es gestatten, auf einfache Art und Weise komplizierte Formen zu erhalten, wie beispielsweise die Abtrennung 401 vom hohlen Innenraum von Körper 301, die in 4 dargestellt ist. Diese monolithische Abtrennung vom Körper ermöglicht es, eine gleichzeitig leichte und undeformierbare Struktur zu erhalten. Sie kann ebenfalls Befestigungsmittel für den Umlenkspiegel Mr 104 bieten.
  • Die verschiedenen Öffnungen, die für das Durchtreten der optischen Strahlen erforderlich sind, wie beispielsweise die Mittelöffnung 303 des Spiegels M1, eine Öffnung 304 in der Seitenfläche des monolithischen Blocks 301, die ein Durchtreten des Lichtstrahls zur Brennebenenvorrichtung gestattet, sowie eine weitere, nicht in der Figur dargestellte Öffnung, welche dieser Öffnung 304 gegenüberliegt, um den Durchtritt des Lichtstrahls von und zum dritten Bündelungsspiegel zu ermöglichen, und die verschiedenen Öffnungen in der Innenabtrennung 401, welche nicht auf der Figur dargestellt sind, erhält man ebenfalls durch das gleiche Herstellungsverfahren.
  • Nachdem die monolithische Struktur 301 so hergestellt wurde, wird dann die Oberseite glanzgeschliffen, um den Spiegel M1 herzustellen.
  • Anschließend wird der Spiegel M2 mit der so erhaltenen endgültigen monolithischen Struktur 301 zusammengebaut, wobei drei Spiegelbefestigungsvorrichtungen verwendet werden, die unter der landläufigen Bezeichnung DFM bekannt sind, und wie in 4 dargestellt gleichmäßig um die Struktur 301 herum verteilt sind. Diese Vorrichtungen beinhalten die eigentlichen DFM 404, die nach oben hin durch Arme 414 verlängert werden, welche zusammenlaufen, um den Spiegel M2 zu stützen. Diese DFM werden an der Seitenfläche des Blocks 301 durch bekannte Mittel, beispielsweise Schrauben, befestigt. Sie sind konzipiert, um die Befestigung der Arme 414 mechanisch nach oben zu entkoppeln, und denjenigen Teil dieser DFM, der an der Plattform befestigt ist, auf der das Teleskop verwendet werden wird, nach unten.
  • 5 stellt funktionell eine dieser DFM dar. Dort gibt es einen oberen Teil 501, der mit dem Arm 414, der zum Dreibeinbefestigungsgestell des Spiegels M2 gehört, Entkopplung bildet, einen Zwischenteil 502, der die Schnittstellenverbindung mit dem monolithischen Block 301 ermöglicht und den Spiegel M1 enthält, einen unteren Teil 503, der Entkopplung bildet mit dem Teil 504, und die Schnittstellenverbindung mit der Tragplattform des Teleskops ermöglicht.
  • So bildet der Komplex aus den drei DFM eine einzige Filterungs-/Entkopplungsstufe für das gesamte Teleskop und für den Spiegel M2 bezogen auf den Spiegel M1.
  • Was den Umlenkspiegel Mr betrifft, so wird dieser vorzugsweise an seinen definitiven Platz geklebt, da er Bestandteil der feststehenden optischen Struktur des Teleskops ist.
  • Der Spiegel M3 und die Brennebenenvorrichtung werden mit bekannten Mitteln, beispielsweise Schrauben an der Seitenfläche von Block 301 gegenüber den Öffnungen, insbesondere 304 befestigt, die den Durchtritt der optischen Strahlen ermöglichen, welche auf diesen beiden Organen anlangen.
  • Wie man an 6 ersehen kann ist es je nach Bedarf möglich, der Trägerschnittstelle 605, die dem Einbau der optischen Elemente, beispielsweise Umlenkspiegel, Tertiärspiegel, des Teleskops am monolithischen Block 301 dient, und zwar so, dass diese Schnittstelle an sich eine mechanische Entkopplung 606 gewährleistet, um jegliche Verformung des Spiegels M1 beim Einspannen oder unter dem Einfluss einer thermoelastischen Verformung zu verhindern, eine spezifische Form zu verleihen.
  • 4, die wie bereits beschreiben das vollständige Teleskop illustriert, das insbesondere einen Spiegel M3 405 und eine Brennebenenvorrichtung 406 als auf dem monolithischen Block angebrachtes optisches Element beinhaltet.

Claims (5)

  1. Sehr hoch auflösendes Teleskop des Typs mit einem Hauptspiegel M1, einem Sekundärspiegel M2, einem Satz optischer Elemente (104106) zur Gewährleistung des gewinkelten Gangs des optischen Strahls hinter dem Hauptspiegel, und Befestigungsmitteln, um die Montage dieser Organe und ihre Befestigung an der Nutzungsstruktur (202) des Teleskops durchzuführen, und gleichzeitig eine Filterung und Entkopplung bezogen auf die Verzerrungen dieser Struktur auszuüben, dadurch gekennzeichnet, dass es eine monolithische Grundstruktur (301) beinhaltet, in welche der Hauptspiegel M1 integriert ist und an der die genannten optischen Elemente (104106) und die bezeichneten Befestigungsmittel (404) befestigt werden, und dadurch, dass die Grundstruktur (301) etwa die Form eines Zylinders hat, dessen eines Ende den Hauptspiegel M1 bildet.
  2. Teleskop gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundstruktur (301) hohl ist und eine monolithische Innenabtrennung (401) gegenüber dem Rest dieser Struktur enthält, und die Befestigung eines Umlenkspiegels Mr (104) ermöglicht, wodurch der gewinkelte Gang des optischen Strahls erzielt werden kann.
  3. Teleskop gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese Innenabtrennung (401) Öffnungen beinhaltet, die den Durchtritt dieses gewinkelten optischen Strahls im Inneren der Grundstruktur (301) ermöglichen, um dann in Öffnungen (304) einzumünden, die sich in der Seitenfläche der Grundstruktur befinden.
  4. Teleskop gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es an der Seitenfläche der Grundstruktur drei Spiegelbefestigungsvorrichtungen (404), so genannte DFM, beinhaltet, die gleichzeitig eine mechanische Entkopplung auf der Seite der Befestigungsarme (414) des Sekundärspiegels (102) und auf der Seite der Befestigung dieser DFM mit der Nutzungsplattform des Teleskops ermöglichen.
  5. Monolithisches Teleskop gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, das Träger für anzubringende Elemente, insbesondere Umlenk- und Tertiärspiegel beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass diese Träger Filterträger sind, welche eine eigene mechanische Entkopplung zwischen jedem Element, das anzubringen ist, und der zylindrischen Struktur enthalten, wodurch die Leistung hinsichtlich der Bildqualität des Spiegels M1 gewährleistet wird.
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