RU202056U1

RU202056U1 - Мультиспектральная оптико-электронная камера для микро- и нанокосмических аппаратов

Info

Publication number: RU202056U1
Application number: RU2020134553U
Authority: RU
Inventors: Михаил Владимирович Щербаков; Николай Иванович Гриценко; Александр Вячеславович Кидинов; Глеб Артурович Щербина
Original assignee: Акционерное общество "НПО "ЛЕПТОН"
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2021-01-28

Abstract

Полезная модель относится к оптике и к космической технике, и может быть использована в космических аппаратах дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) микро- и нанокласса.Техническим результатом заявляемой полезной модели является уменьшение термодеформаций, искажающих поверхность элементов оптики в составе камеры при изменении температуры в широком диапазоне.Заявленный технический результат достигается за счет того, что мультиспектральная оптико-электронная камера для микро- и нанокосмических аппаратов состоит из модулей первичного и вторичного зеркал, трехлинзового корректора, тубуса, электронного модуля, при этом корпуса модулей первичного и вторичного зеркал и тубус выполнены из титанового сплава, а корпус модуля электронного блока выполнен из сплава алюминия. Для уменьшения термодеформаций, искажающих оптическую поверхность, соединение корпуса модуля первичного зеркала и корпуса электронного блока осуществляется с зазором посредством биподов, выполненных из титанового сплава, а оптические элементы выполнены из оптического стекла марки К8.

Description

Полезная модель относится к оптике и к космической технике, и может быть использована в космических аппаратах дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) микро- и нанокласса.

Уровень техники.

Известен телескоп содержащий оптические элементы, составляющие оптическую схему зеркально-линзового осевого объектива с некруглой апертурой, включающие в себя собирающую входную линзу, вогнутое главное зеркало-линзу, выпуклое вторичное зеркало и предфокальный двухлинзовый корректор, при этом вторичное выпуклое зеркало размещено непосредственно в центре входной линзы таким образом, чтобы плоскость изображения находилась вблизи от задней поверхности крепежной системы главного зеркала, а предфокальный двухлинзовый корректор размещен в центре главного зеркала-линзы, при этом в главном зеркале-линзе и вторичном зеркале установлены внутренние бленды; оптомеханическую конструкцию, состоящую из боковых стоек, шпангоута, размещенного на нем держателя главного зеркала-линзы, предфокального двухлинзового корректора и бленды главного зеркала-линзы, причем внутри держателя размещен предфокальный двухлинзовый корректор, а на внешней стороне держателя закреплены главное зеркало-линза и бленда главного зеркала-линзы, причем на внешнем торце держателя в фокусе оптической схемы размещен фотоприемник электронного сенсора, при этом сборка входной линзы со вторичным зеркалом и сборка главного зеркала-линзы с предфокальным корректором соединены боковыми стойками, причем со стороны главного зеркала-линзы боковые стойки закреплены на шпангоуте, а со стороны входной линзы закреплены на держателе входной линзы, при этом вторичное зеркало закреплено к входной линзе посредством держателя вторичного зеркала и бленды вторичного зеркала и фотоприемник электронного сенсора, размещенный на держателе главного зеркала-линзы непосредственно за предфокальным корректором в фокусе оптической схемы. (Патент на изобретение РФ №2 646 418, опубликовано 05.03.2018 Бюл. №7). Недостатком известного решения является нарушение совместимости по магнитному моменту при установке камеры на спутник вследствие использования в конструкции камеры инвара.

Наиболее близким техническим решением является объектив съемочной системы дистанционного зондирования Земли высокого разрешения видимого и ближнего ИК диапазонов для космических аппаратов микро-класса, состоящий из оптических элементов, состоящих из главного вогнутого зеркала, вторичного выпуклого зеркала , трехлинзового предфокального корректора полевых аберраций, на котором установлена бленда конической формы, и оптомеханической конструкции, состоящей из плиты-основания, на которой с одной стороны установлено цилиндрическое основание-тубус с линзовым корректором полевых аберраций внутри, при этом на внешней поверхности основания-тубуса установлено главное зеркало, внутри объектива установлены спицы, зафиксированные на основание-тубусе, на противоположном конце которых закреплен узел вторичного зеркала, с обратной стороны плиты-основания установлен узел фотоприемного устройства, закрепленный на штангах, причем главное вогнутое и вторичное выпуклое зеркала, а также спицы крепления вторичного зеркала, штанги крепления узла фотоприемного устройства и цилиндрическое основание-тубус выполнены из спеченного карбида кремния с коэффициентом облегчения до 85%. Крепление главного зеркала осуществляется зажатием через планку с нерабочей стороны главного зеркала с помощью крепёжных винтов-направляющих, проходящих через отверстия в главном зеркале. Длина спиц соответствует расстоянию между вершинами образующих форм оптических поверхностей главного и вторичного зеркал. (Патент на изобретение РФ № 2 702 842, опубликовано 11.10.2019 Бюл.№29) Однако, недостатком заявленного решения является использование малотехнологичного и дорогого материала карбида кремния.

Заявляемая полезная модель направленна на обеспечение мультиспектральной съемки с помощью конструкции камеры, обладающей высокой стойкостью к перепадам температур и малой массой, при ее размещении на борту космического аппарата микро- и нанокласса. Техническим результатом заявляемой полезной модели является уменьшение термодеформаций, искажающих поверхность элементов оптики в составе камеры при изменении температуры в широком диапазоне.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что мультиспектральная оптико-электронная камера для микро- и нанокосмических аппаратов состоит из модулей первичного и вторичного зеркал, трехлинзового корректора, тубуса, электронного модуля, при этом корпуса модулей первичного и вторичного зеркал, и тубус выполнены из титанового сплава, а корпус модуля электронного блока выполнен из сплава алюминия. Для уменьшения термодеформаций, искажающих оптическую поверхность, соединение корпуса модуля первичного зеркала и корпуса электронного блока осуществляется с зазором посредством биподов, выполненных из титанового сплава, а оптические элементы выполнены из оптического стекла марки К8.

Полезная модель представлена на следующих фигурах чертежей:

Фиг.1, где

1- первичное зеркало;

2- вторичное зеркало;

3- трехлинзовый корректор;

4- корпус модуля первичного зеркала;

5- тубус;

6- корпус модуля вторичного зеркала;

7- корпус электронного модуля;

8- бипод;

9- посадочная поверхность бипода на корпус электронного модуля;

10- посадочная поверхность бипода на корпус модуля первичного зеркала;

11- установочная поверхность;

12- крышка корпуса электронного модуля;

Фиг.2, где

4- корпус модуля первичного зеркала;

5- тубус;

6- корпус модуля вторичного зеркала;

7- корпус электронного модуля;

8- бипод;

13- винты крепления бипода на корпус электронного модуля ;

14- винты крепления бипода на корпус модуля первичного зеркала ;

15- винты крепления тубуса на корпус модуля первичного зеркала;

16- винты крепления корпуса модуля вторичного зеркала на тубус.

Раскрытие полезной модели.

Мультиспектральная оптико-электронная камера для микро- и нанокосмических аппаратов состоит из модулей первичного, вторичного зеркал, трехлинзового корректора, тубуса и электронного модуля. Модуль первичного зеркала состоит из оптических элементов: первичного зеркала асферической формы 1 (фиг.1). Оптические элементы выполнены из стекла марки К8. Оптические элементы размещены в корпусе модуля первичного зеркала 4 (фиг.1), выполненного из титанового сплава. Первичное зеркало закреплено при помощи трех элементов гибкого крепления, установленных по торцу зеркала по трехточечной схеме крепления к жесткому основанию модуля первичного зеркала. Модуль вторичного зеркала состоит из оптического элемента: вторичного зеркала асферической формы 2 (фиг.1). Вторичное зеркало закреплено в корпусе 6 (фиг.1) модуля вторичного зеркала, выполненного из титанового сплава при помощи соединительного штыря и жесткого основания вторичного зеркала в виде «паука». Модуль первичного и вторичного зеркал соединены жестким тубусом 5 (фиг.1) с элементами присоединения 15, 16 (фиг.2) выполненным из титанового сплава. В качестве титанового сплава может быть применен сплав ВТ1-0, имеющий ТКЛР (температурный коэффициент линейного расширения) 8,2⋅10^-6 К^-1. Все оптические элементы выполнены из оптического стекла К-8 с ТКЛР 7,1⋅10^-6 К^-1.

Такое сочетание материалов оптических элементов и корпусов модулей с близкими показателями ТКЛР обеспечивает уменьшение термодеформаций, искажающих оптическую поверхность при изменении температуры в широком диапазоне. Сравнительные характеристики материалов приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Основные характеристики материалов

Наименование характеристики	Значение
Наименование характеристики	ВТ1-0	К-8
Плотность, кг/м³	4520	2520
Модуль упругости, ГПа	112	82,3
Предел прочности при растяжении, МПа	390	105
Предел текучести, МПа	340	80
Температурный коэффициент линейного расширения, К^-1	8,2⋅10^-6	7,1⋅10^-6
Теплопроводность, Вт/м⋅К	18,8	1,14
Удельная теплоемкость, Дж/кг⋅град.	858	540

Электронный модуль размещен в корпусе 6 (фиг.1), выполненного из алюминиевого сплава. Электронный модуль состоит из фокального блока, включающего в свой состав платы, с размещенными на них фотоприемной матрицей и микросхем вторичных источников питания. Корпус электронного модуля выполнен из сплава алюминия, имеющего высокую теплопроводность, что позволяет эффективно отводить тепло от фокального блока. Однако ТКЛР алюминия составляет 23*10^-6 К^-1, что существенно больше ТКЛР титанового сплава, применяемого для корпуса модуля первичного зеркала. Для устранения влияния термодеформаций в процессе нагрева электронного модуля крепление электронного модуля к модулю первичного зеркала осуществляется с зазором, как показано на разрезе Б (фиг.1), при помощи четырех биподов 8 (фиг.1, фиг.2). Соединительные биподы выполнены в виде пластин из титанового сплава ВТ1-0. Соединительные биподы закрепляются на поверхностях соединяемых модулей при помощи винтов 13, 14 (фиг.2)

Claims

Мультиспектральная оптико-электронная камера для микро- и нанокосмических аппаратов состоит из модулей первичного и вторичного зеркал, трехлинзового корректора, тубуса, электронного модуля, отличающаяся тем, что корпуса модулей первичного и вторичного зеркал и тубус выполнены из титанового сплава, а корпус модуля электронного блока выполнен из сплава алюминия, при этом соединение корпуса модуля первичного зеркала и корпуса электронного блока осуществляется с зазором посредством биподов, выполненных из титанового сплава, а оптические элементы выполнены из оптического стекла марки К8.