RU2702842C1 - Lens of surveying system for remote sensing of earth of high-resolution visible and near-ir ranges for spacecrafts of micro class - Google Patents
Lens of surveying system for remote sensing of earth of high-resolution visible and near-ir ranges for spacecrafts of micro class Download PDFInfo
- Publication number
- RU2702842C1 RU2702842C1 RU2019105075A RU2019105075A RU2702842C1 RU 2702842 C1 RU2702842 C1 RU 2702842C1 RU 2019105075 A RU2019105075 A RU 2019105075A RU 2019105075 A RU2019105075 A RU 2019105075A RU 2702842 C1 RU2702842 C1 RU 2702842C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- mirror
- main
- main mirror
- tube
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0804—Catadioptric systems using two curved mirrors
- G02B17/0808—Catadioptric systems using two curved mirrors on-axis systems with at least one of the mirrors having a central aperture
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
- G02B23/02—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors
- G02B23/06—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors having a focussing action, e.g. parabolic mirror
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
- G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
- G02B7/183—Mountings, 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Telescopes (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптико-электронной технике и может быть использовано в летательных аппаратах дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) микро-класса.The invention relates to optical-electronic equipment and can be used in aircraft remote sensing Earth (ERS) micro-class.
Из уровня техники известна схема и частная реализация конструкции телескопа дистанционного зондирования Земли высокого разрешения для космических аппаратов микро-класса, описанная в патенте Российской Федерации на изобретение № 2646418 (заявка RU 2017102362 от 25.01.2017 г.). Оптическая схема указанного телескопа состоит из зеркально-линзового осевого объектива с некруглой апертурой, включающего собирающую входную линзу, в центре которой расположено выпуклое вторичное зеркало, вогнутое главное зеркало-линзу и предфокальный двухлинзовый корректор. Плоскость изображения находится вблизи задней поверхности крепежной системы главного зеркала. Оптомеханическая конструкция содержит боковые стойки, шпангоут, размещенный на нем держатель, внутри которого размещен корректор, а на внешней стороне закреплены главное зеркало-линза и бленда. Сборки входной линзы с вторичным зеркалом и главного зеркала-линзы с корректором соединены боковыми стойками, закрепленными со стороны главного зеркала-линзы на шпангоуте, а со стороны входной линзы – на ее держателе. Техническим результатом данного технического решения является обеспечение высокодетальной съемки поверхности Земли при размещении телескопа на КА микро-класса.The prior art scheme and private implementation of the design of a high-resolution Earth remote sensing telescope for micro-class spacecraft, described in the patent of the Russian Federation for invention No. 2646418 (application RU 2017102362 from 01.25.2017). The optical scheme of this telescope consists of a mirror-lens axial lens with a non-circular aperture, including a collecting input lens, in the center of which there is a convex secondary mirror, a concave main mirror-lens, and a prefocal two-lens corrector. The image plane is located near the rear surface of the mounting system of the main mirror. The optomechanical design contains side racks, a frame, a holder placed on it, inside of which a corrector is placed, and on the outside, the main mirror lens and lens hood are fixed. The assembly of the input lens with a secondary mirror and the main mirror-lens with the corrector are connected by side posts fixed on the frame from the side of the main mirror-lens, and on its holder from the side of the input lens. The technical result of this technical solution is to provide highly detailed shooting of the Earth's surface when placing the telescope on a micro-class spacecraft.
Недостатком данного технического решения является использование в конструкции входной собирающей линзы, наличие которой способствует увеличению массы телескопа и высокой чувствительности к температурным флуктуациям окружающей среды. Также предложенная схема исключает возможность создания более длиннофокусных систем для аппаратов микро-класса.The disadvantage of this technical solution is the use in the design of the input collecting lens, the presence of which helps to increase the mass of the telescope and high sensitivity to temperature fluctuations of the environment. Also, the proposed scheme excludes the possibility of creating longer telephoto systems for micro-class devices.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является зеркально-линзовый телескоп на базе схемы Ричи-Кретьена с афокальным линзовым корректором, использующийся в оптико-электронной аппаратуре «Аврора» высокого разрешения, установленной на малом космическом аппарате «АИСТ-2Д»
(д-р техн. наук А.Н. Кирилин, д-р техн. наук Р.Н. Ахметов, д-р техн. наук,
чл.-корр. РАН Е.В. Шахматов и др. Опытно-технологический малый космический аппарат «АИСТ- 2Д», г. Самара 2017, стр. 69 - 87). Зеркально-линзовый объектив представляет собой корпус-трубу, выполненный из углепластика, внутри которого смонтированы основные узлы – вогнутое гиперболическое главное зеркало диаметром 360 мм, выпуклое вторичное с механизмом принудительной дистанционной фокусировки, афокальный линзовый корректор (диаметром порядка 180 мм), состоящий из 4 линз, собранных в титановом корпусе, и бленды. Зеркала телескопа выполнены из ситалла, а линзы из нескольких марок оптического стекла. Телескоп обладает фокусным расстоянием 2000 мм, угловым полем 5,2°, диаметром входного зрачка 360 мм и рассчитан для работы спектральном диапазоне 0,45–0,80 мкм.The closest analogue in technical essence and the achieved result to the claimed invention is a mirror-lens telescope based on the Ritchie-Chretien scheme with an afocal lens corrector used in high-resolution optoelectronic equipment Aurora mounted on a small spacecraft AIST-2D
(Doctor of Engineering Sciences A.N. Kirilin, Doctor of Engineering Sciences R.N. Akhmetov, Doctor of Engineering Sciences,
Corr. RAS E.V. Shakhmatov et al. Experimental-technological small spacecraft “AIST-2D”, Samara 2017, pp. 69 - 87). The mirror-lens lens is a body-tube made of carbon fiber, inside of which the main nodes are mounted - a concave hyperbolic main mirror with a diameter of 360 mm, a convex secondary with a forced remote focusing mechanism, an afocal lens corrector (about 180 mm in diameter), consisting of 4 lenses assembled in a titanium case, and a hood. The telescope mirrors are made of glass, and the lenses are from several brands of optical glass. The telescope has a focal length of 2000 mm, an angular field of 5.2 °, an entrance pupil diameter of 360 mm and is designed to operate in the spectral range of 0.45–0.80 μm.
Однако, данное техническое решение имеет ряд недостатков, главным из которых является использование двух гиперболических поверхностей, что значительно усложняет технологический цикл производства и наземной отработки, а также подобная комбинация зеркал требует высокой точности взаимного расположения оптических элементов, что ведет к нестабильности конструкции к разъюстировкам, возникающим в процессе вывода аппарата на орбиту и в процессе эксплуатации в силу изменяющегося теплового режима. Также одним из основных недостатков является применение ситалла в качестве подложек зеркал, что не позволяет достичь коэффициента облегчения более 60 % и требует введения в конструкцию системы подвеса для главного зеркала, а большое значение величины центрального экранирования оптической системы 0,5 приводит к снижению контраста изображения.However, this technical solution has a number of drawbacks, the main of which is the use of two hyperbolic surfaces, which greatly complicates the production and ground processing cycle, as well as such a combination of mirrors requires high accuracy of the relative positions of the optical elements, which leads to instability of the design to the misalignments that occur in the process of launching the device into orbit and in the process of operation due to the changing thermal regime. One of the main disadvantages is the use of glass as substrate for mirrors, which does not allow achieving a lightness ratio of more than 60% and requires the introduction of a suspension system for the main mirror, and the large value of the central screening of the optical system of 0.5 leads to a decrease in image contrast.
В свою очередь, заявляемое изобретение направленно на обеспечение высокодетальной съемки в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра с помощью объектива, обладающего высокой стойкостью к разъюстировкам и перепадам температур и малой массой, при его размещении на борту КА микро-класса.In turn, the claimed invention is aimed at providing highly detailed shooting in the visible and near infrared spectral ranges with a lens having high resistance to misalignment and temperature changes and low weight when placed on board a micro-class spacecraft.
Для достижения поставленных задач объектив съемочной системы дистанционного зондирования Земли высокого разрешения видимого и ближнего ИК диапазонов для космических аппаратов микро-класса, состоит 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.To achieve the objectives, the lens of the high-resolution Earth remote sensing survey system for the visible and near-IR ranges for micro-class spacecraft consists of optical elements consisting of a main concave mirror, a secondary convex mirror, a three-lens prefocal field aberration corrector, on which a conical lens hood is mounted form, and optomechanical design, consisting of a base plate, on which a cylindrical base tube with l an internal corrector of field aberrations inside, while on the outer surface of the base-tube there is a main mirror installed, inside the lens there are spokes fixed on the base-tube, at the opposite end of which a secondary mirror assembly is fixed, on the back side of the base plate there is a photodetector assembly mounted on the rods, the main concave and secondary convex mirrors, as well as the secondary mirror mounting spokes, the mounting rods of the photodetector assembly and the cylindrical base ie tube made of sintered silicon carbide with a coefficient of relief of up to 85%. The main mirror is fastened by clamping through the bar on the non-working side of the main mirror with the help of fixing screws-guides passing through the holes in the main mirror. The length of the spokes corresponds to the distance between the vertices of the forming forms of the optical surfaces of the primary and secondary mirrors.
На рис.1 представлена схема конструкции объектива съемочной системы дистанционного зондирования Земли высокого разрешения видимого и ближнего ИК диапазонов для космических аппаратов микро-класса, который состоит из:Figure 1 shows the design diagram of the lens of the Earth’s high-resolution remote sensing survey system for the visible and near infrared ranges for micro-class spacecraft, which consists of:
1 – главное вогнутое зеркало (далее главное зеркало);1 - the main concave mirror (hereinafter the main mirror);
2 – вторичное выпуклое зеркало (далее вторичное зеркало);2 - a secondary convex mirror (hereinafter referred to as a secondary mirror);
3 – трехлинзовый предфокальный корректор полевых аберраций (далее линзовый корректор); 3 - three-lens prefocal corrector of field aberrations (hereinafter lens corrector);
4 – цилиндрическое основание-тубус (далее тубус);4 - a cylindrical base-tube (hereinafter tube);
5 – крепежные винты-направляющие; 5 - fixing screws-guides;
6 – планка;6 - level;
7 – оправа вторичного зеркала (далее оправа);7 - the frame of the secondary mirror (hereinafter referred to as the frame);
8 – юстировочная оправа;8 - adjustment frame;
9 – спицы;9 - knitting needles;
10 – оправа линзового корректора 3;10 -
11 – бленда линзового корректора 3;11 - a
12 – плита-основание;12 - base plate;
13 – штанги;13 - rods;
14 – узел фотоприемного устройства. 14 - node photodetector device.
Объектив представляет собой зеркально-линзовую осевую оптическую систему на основе схемы Кассегрена и состоит из главного зеркала 1 и вторичного зеркала 2, выполненных из спеченного карбида кремния с коэффициентом облегчения до 85%, и линзового корректора 3.The lens is a mirror-lens axial optical system based on the Cassegrain scheme and consists of a
Главное зеркало 1 по посадке центрального цилиндрического отверстия жестко закреплено на тубусе 4 с помощью крепежных винтов-направляющих 5, проходящих через кольцевую площадку на тубусе 4 и крепежные отверстия в главном зеркале 1, соединенных с ответной планкой 6 (см. рис. 2). The
Вторичное зеркало 2, установлено в собственной оправе 7 и закреплено в юстировочной оправе 8, в которой обеспечиваются юстировочные поперечные подвижки зеркала с помощью цилиндрических винтов. Закреплённое в своей оправе 7 вторичное зеркало 2 и юстировочная оправа 8 формируют узел вторичного зеркала, который жёстко закреплен на дальнем от главного зеркала 1 конце спиц 9, при этом спицы 9 выполнены также из спеченного карбида кремния.The
Линзовый корректор 3 состоит из трех линз, изготовленных из оптического стекла одной марки, и собственной оправы 10, сборка которых образует узел линзового корректора 3, который в свою очередь жестко закреплен внутри тубуса 4. Соосность главного зеркала 1 и линзового корректора 3 обеспечивается конструктивно точностью обеспечения заданных посадок цилиндрического отверстия главного зеркала 1, собственной оправы линзового корректора 3 и внешней цилиндрической поверхности тубуса 4. Соосность вторичного зеркала 2 с главным зеркалом 1 и линзовым корректором 3 обеспечивается с помощью поперечных подвижек внутри юстировочной оправы 8. Бленда 11 линзового корректора 3 жёстко закреплена на спицах 9. Спицы 9 закреплены на тубусе 4. Длина спиц 9 соответствует расстоянию между вершинами образующих форм оптических поверхностей главного 1 и вторичного 2 зеркал, следовательно, при изменении температуры изменения радиусов кривизны зеркал и длины спиц оптически согласованы.The
Вся вышеописанная конструкция жестко закреплена через тубус 4 на плите-основании 12. С обратной стороны плиты-основания 12 жёстко закреплены штанги 13, на которых монтирован узел фотоприемного устройства 14, состоящий из матричного приёмника излучения и юстировочной платформы, обеспечивающей продольные подвижки плоскости установки фотоприемного устройства. Крепление узла матрицы осуществляется в плоскости, находящейся за плоскостью фоточувствительных элементов, при этом перемещение фотоприемного устройства при изменении температуры окружающей среды складывается из разнонаправленных термических изменений размеров штанг крепления узла в целом и блока матрицы фотоприемного устройства отдельно, таким образом обеспечивается оптическое согласование плоскости установки фотоприемного устройства с фокальной плоскостью объектива при изменении температуры.The entire structure described above is rigidly fixed through the
Особенностью заявленного объектива является то, что спицы 9, цилиндрическое основание-тубус 4 и штанги 13 так же, как главное зеркало 1 и вторичное зеркало 2, выполнены из спечённого карбида кремния. Применение одного и того же материла для вышеуказанных элементов позволяет достигнуть высокую стойкость к разъюстировкам и перепадам температур, так как их коэффициент термического линейного расширения в таком случае одинаков, что обеспечивает пропорциональные термические изменения линейных размеров. Также карбид кремния за счет своих физических свойств позволяет значительно облегчать как оптические, так и конструктивные элементы объектива. Например, на зеркалах возможно добиться коэффициента облегчения до 85%, что позволяет значительно снизить массу объектива и обеспечивает возможность его применения на космических аппаратах микро-класса.A feature of the claimed lens is that the spokes 9, the
Claims (7)
Объектив съемочной системы дистанционного зондирования Земли высокого разрешения видимого и ближнего ИК диапазонов для космических аппаратов микро-класса, состоящий из:
The lens of the Earth’s high-resolution remote sensing survey system for the visible and near-IR ranges for micro-class spacecraft, consisting of:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019105075A RU2702842C1 (en) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | Lens of surveying system for remote sensing of earth of high-resolution visible and near-ir ranges for spacecrafts of micro class |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019105075A RU2702842C1 (en) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | Lens of surveying system for remote sensing of earth of high-resolution visible and near-ir ranges for spacecrafts of micro class |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2702842C1 true RU2702842C1 (en) | 2019-10-11 |
Family
ID=68280110
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019105075A RU2702842C1 (en) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | Lens of surveying system for remote sensing of earth of high-resolution visible and near-ir ranges for spacecrafts of micro class |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2702842C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU202056U1 (en) * | 2020-10-21 | 2021-01-28 | Акционерное общество "НПО "ЛЕПТОН" | Multispectral optoelectronic camera for micro- and nano-space vehicles |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5734516A (en) * | 1995-05-31 | 1998-03-31 | Societe Nationale Industrielle Et Aerospatiale | Device for accurately positioning the vertex of the secondary mirror off-centered with respect to that of the primary mirror of a telescope, and telescope equipped with such a device |
RU2475788C1 (en) * | 2012-04-06 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ") | Catadioptric telescope |
US20170090178A1 (en) * | 2015-09-29 | 2017-03-30 | Raytheon Company | High-stiffness structure for larger aperture telescope |
RU2646418C1 (en) * | 2017-01-25 | 2018-03-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Даурия - спутниковые технологии" | Optical telescope of remote sensing of earth high resolution for space of micro class |
-
2019
- 2019-02-22 RU RU2019105075A patent/RU2702842C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5734516A (en) * | 1995-05-31 | 1998-03-31 | Societe Nationale Industrielle Et Aerospatiale | Device for accurately positioning the vertex of the secondary mirror off-centered with respect to that of the primary mirror of a telescope, and telescope equipped with such a device |
RU2475788C1 (en) * | 2012-04-06 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ") | Catadioptric telescope |
US20170090178A1 (en) * | 2015-09-29 | 2017-03-30 | Raytheon Company | High-stiffness structure for larger aperture telescope |
RU2646418C1 (en) * | 2017-01-25 | 2018-03-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Даурия - спутниковые технологии" | Optical telescope of remote sensing of earth high resolution for space of micro class |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
А.Н. Кирилин, Р.Н. Ахметов, Е.В. Шахматов и др., ОПЫТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МАЛЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ "АИСТ-2Д", Самара, 2017, с. 69-87, https://ssau.ru/files/news/2017/book_AIST_2D.pdf. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU202056U1 (en) * | 2020-10-21 | 2021-01-28 | Акционерное общество "НПО "ЛЕПТОН" | Multispectral optoelectronic camera for micro- and nano-space vehicles |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Seifahrt et al. | MAROON-X: a radial velocity spectrograph for the Gemini Observatory | |
Jurgenson et al. | EXPRES: a next generation RV spectrograph in the search for earth-like worlds | |
US8839526B2 (en) | Sighting device, in particular telescopic sight, for a geodetic measuring apparatus and optical objective unit assembly for such a sighting device | |
RU2646418C1 (en) | Optical telescope of remote sensing of earth high resolution for space of micro class | |
CN107092055B (en) | Astronomical telescope starlight, calibration optically coupled device | |
US10895734B2 (en) | Korsch telescope | |
RU2702842C1 (en) | Lens of surveying system for remote sensing of earth of high-resolution visible and near-ir ranges for spacecrafts of micro class | |
US2685820A (en) | Imaging optical system of the schmidt type | |
US20150177507A1 (en) | Scanning telescope | |
Mazzinghi et al. | Large aperture and wide field of view space telescope for the detection of ultra high energy cosmic rays and neutrinos | |
CN105004426A (en) | Calibration equivalent optical system for large-aperture infrared system | |
RU2570055C1 (en) | Infrared catadioptric lens | |
US3261260A (en) | Vibration compensated optical viewing system | |
Bento et al. | Performance and future developments of the RHEA single-mode spectrograph | |
Chakraborty et al. | PARAS-2 precision radial velocimeter: optical and mechanical design of a fiber-fed high resolution spectrograph under vacuum and temperature control | |
Champey et al. | On the alignment and focusing of the Marshall Grazing Incidence X-ray Spectrometer (MaGIXS) | |
RU2646405C1 (en) | Infrared mirror-lens system | |
Conconi et al. | ESPRESSO APSU: simplify the life of pupil slicing | |
Petrushevsky et al. | Common aperture multispectral spotter camera: Spectro XR | |
Wang et al. | Metrology camera system of prime focus spectrograph for Suburu telescope | |
Lentini et al. | A high resolution echelle spectrograph for exoplanet searches with small aperture telescopes | |
US20220373763A1 (en) | Athermal optical frameworks | |
Pember et al. | A high-resolution echelle spectrograph for precision Doppler observations with small telescopes | |
Yoder Jr | Opto-mechanical designs for two special-purpose objective lens assemblies | |
CN107783277B (en) | Newton reflection binoculars and observation device |