WO2018139949A1 - Оптический телескоп дистанционного зондирования земли высокого разрешения для космических аппаратов микро-класса - Google Patents

Оптический телескоп дистанционного зондирования земли высокого разрешения для космических аппаратов микро-класса Download PDF

Info

Publication number
WO2018139949A1
WO2018139949A1 PCT/RU2017/000182 RU2017000182W WO2018139949A1 WO 2018139949 A1 WO2018139949 A1 WO 2018139949A1 RU 2017000182 W RU2017000182 W RU 2017000182W WO 2018139949 A1 WO2018139949 A1 WO 2018139949A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lens
mirror
optical
corrector
prefocal
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000182
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Мария Матвеевна ТУМАРИНА
Михаил Владимирович РЯЗАНСКИЙ
Александр Евгеньевич МИЛОВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Даурия - спутниковые технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Даурия - спутниковые технологии" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Даурия - спутниковые технологии"
Publication of WO2018139949A1 publication Critical patent/WO2018139949A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to optics and space technology, in particular to electron-optical telescopes of remote sensing of the Earth (ERS), suitable for use on micro-class spacecraft (SC).
  • ERS remote sensing of the Earth
  • SC micro-class spacecraft
  • the optics of Earth remote sensing spacecraft have conflicting requirements: high angular resolution, a significant focal length with a wide field of view, work in a wide temperature range, and at the same time maximum compactness and light weight.
  • the Earth’s remote sensing devices use Ritchie-Chretien telescopes with a lens corrector (with a field of view up to 1 degree) or heavy lens lenses (with a wide field of view) [Geoton-L1 for
  • Multi-mirror aspherical systems (Three-Mirror-Anastigmat,
  • the disadvantages of the prototype is still excessive for the microsatellite length of the telescope (the ratio of length to aperture is more than 2), as well as insufficient angular resolution.
  • the problem solved by the claimed invention is the implementation of highly detailed imaging of the earth's surface from space in the optical frequency spectrum with wavelengths in the range 450-900 nm with a field of view of the optical telescope of 3 angular degrees with an angular resolution better than 1 "; placement of an optical remote sensing telescope and ensuring it functioning in a confined space micro-satellite format CubeSat 16U.
  • the technical result of the claimed invention is to provide highly detailed space imagery of the Earth’s surface using an optical telescope when it is placed on board a micro-class CubeSat 16U spacecraft.
  • the telescope contains optical elements that make up the optical circuit of a mirror-lens axial lens with a non-circular aperture, including a collecting input lens, a concave main mirror-lens, a convex secondary mirror and a prefocal two-lens corrector, while , the secondary convex mirror is located directly in the center of the input lens so that the image plane is close to the rear surface of the mounting system the main mirror, and intra-focal doublet corrector is placed in the center of the main lens mirror-, the mirror in the main-lens and a secondary mirror mounted inside the hood; optomechanical design, consisting of side racks, a frame, the main lens-lens holder placed on it, a prefocal two-lens corrector and a lens main lens hood, with a prefocal two-lens corrector placed inside the holder, and the main mirror lens and the main lens hood mounted on the outside of the telescope
  • the equivalent diameter of the aperture is 241 mm
  • the lenses are square in shape with rounded corners
  • the dimensions of the optical part of the system are 222x222 mm with the input lens and main mirror lens cut off from a diameter of 258 mm.
  • the main mirror-lens is made in the form of a Manzhen mirror-lens.
  • the optical elements are made spherical. In the particular case of the implementation of the claimed technical solution, the optical elements are made of fused silica.
  • the side racks and lens frames are made of an alloy of precision 32NKD.
  • the focal length of the optical circuit is 745 mm.
  • the curvature of the secondary mirror is made so that the image plane is close to the rear surface of the mounting system of the main mirror lens.
  • the frame is configured to fasten the telescope to the structure of the spacecraft.
  • the lens hoods are made tubular in the form of a conical surface of single curvature.
  • the hoods are made of aluminum alloy.
  • Fig.Z Shape and dimensions of the input lens of the telescope lens.
  • Figure 4 General view of the design of the telescope from the side of the main mirror lens.
  • 5 is a General view of the design of the telescope from the side of the input lens.
  • Fig. 8 is a graph of the modulation transmission function of the proposed telescope.
  • the Earth Remote Sensing Optical Telescope includes the following enlarged elements: optical elements; optomechanical design; sensor with photodetector.
  • the optical telescope is a compact mirror-lens axial lens, consisting of an input lens (full-aperture corrector), the main concave mirror-lens of the Manzhenov type, a convex secondary mirror (located in the center of the input lens) and a prefocal two-lens corrector located in the center of the main mirror and forming a high-quality image on the flat photodetector of the sensor, located on the outer end of the holder of the main mirror-lens directly behind the two-lens corrector.
  • all optical surfaces are spherical.
  • the secondary convex mirror is located directly in the center of the input lens so that the image plane is close to the rear surface of the mounting system of the main mirror, thereby ensuring the compactness of the entire optical circuit.
  • the use of the main concave mirror-lens of the Manzhenov type also ensures the compactness of the optical scheme.
  • the input lens and the main mirror are made in a diameter larger than the transverse dimensions of the system, and cut off at the edges to the required size.
  • This technical solution made it possible to increase the resolution and the amount of light collected by the lens to a level approximately corresponding to a lens with a round equivalent aperture with a diameter of 241 mm with overall limitations of the optical elements 222 x 222 mm.
  • hoods are installed on the main mirror-lens and the secondary mirror.
  • the hoods are made tubular in the form of a conical surface of a single curvature, due to which the manufacturability and assembly of them is ensured, and are optimized for the non-circular aperture of the lens and the photodetector of a rectangular-shaped sensor, which made it possible to reduce central shielding and increase the characteristics of the lens.
  • Blends are made by bending sweeps from sheet metal, in particular from an aluminum alloy. Such hoods provide an unvented field that matches the size of the selected sensor.
  • an optical remote sensing telescope consists of:
  • optical elements constituting the optical scheme of the mirror-lens axial lens, including an input lens (full-aperture corrector) (1), a concave main Mazhenov-type mirror lens (2), a convex secondary mirror (3) and a prefocal two-lens corrector (4) . All optical elements are spherical.
  • the secondary convex mirror (3) is located directly in the center of the input lens (1) so that the image plane is close to the rear surface of the mounting system of the main mirror (2), thereby ensuring compactness of the entire optical circuit.
  • the use of the main concave mirror-lens of the Manzhenov type (2) also ensures the compactness of the optical scheme.
  • the prefocal two-lens corrector (4) is located in the center of the main mirror-lens (2). Photodetector of electronic sensor (5) immediately behind the prefocal corrector (4) in the focus of the optical scheme, whose focal length is 745 mm;
  • the optomechanical design consists of a frame (8) through which the telescope is attached to the structure of the spacecraft, the holder (9) of the main lens-lens, a prefocal two-lens corrector and the lens hood of the main mirror placed on it, and a prefocal two-lens corrector is placed inside the holder (9)
  • Side racks (10) connect the assembly of the input lens (1) to the secondary mirror (3) and the assembly of the main mirror-lens (2) with the prefocal corrector (4), setting the distance between them.
  • the side posts (10) are attached to the frame (8), and on the side of the input lens (1) to the holder of the input lens (11).
  • the secondary mirror (3) is attached to the input lens (1) through the holder of the secondary mirror and the hood of the secondary mirror (12), where the hood of the secondary mirror (6) is also fixed.
  • a general view of the design of the telescope is shown in FIG. 4., FIG. 5.
  • the beam of rays After reflection from the secondary mirror (3), the beam of rays passes through the prefocal corrector (4) located in the tube of the holder (9) in the center of the main mirror-lens (2).
  • This corrector (from two spherical lenses) corrects residual aberrations and forms an image on the flat surface of the sensor photodetector
  • the received analog optical signal is digitized and quantized, after which the data is sent for further storage and processing.
  • Minimizing the dimensions of the lens is achieved by placing a secondary convex mirror (3) in the hole in the center of the input lens (1), and the fasteners are made directly to the input lens (1), without the use of additional stretch marks or spacers.
  • the curvature of the secondary mirror (3) is designed so that the image plane is close to the rear surface of the mounting system of the main mirror-lens (2). Using a total of 4 lenses for correcting aberrations makes it possible to achieve high image quality over the entire field of view (sensor area), which is necessary for remote sensing tasks (Fig. 7, Fig. 8).
  • Mangin lens-mirror as the main mirror (2) provides good protection of the aluminum reflective layer by the lens body.
  • Fig. C square-shaped lenses with rounded corners are used (Fig. C), inscribed in the strictly limited size of the micro-class spacecraft of the CubeSat 16U standard.
  • an input lens (1) and a main mirror lens (2) are cut off from a diameter of 258 mm, which gives an equivalent aperture diameter of 241 mm.
  • hoods (7 and 6, respectively) are mounted on the primary mirror lens (2) and the secondary mirror (3).
  • the hoods are made tubular in the form of a conical surface of a single curvature, due to which the manufacturability and assembly of them is ensured, and are optimized for the non-circular aperture of the lens and the photodetector of a rectangular-shaped sensor, which made it possible to reduce central shielding and increase the characteristics of the lens.
  • Blends are made by bending sweeps from sheet metal, in particular from an aluminum alloy. Such hoods provide an unvented field that matches the size of the selected sensor.
  • All optical elements of the circuit are made of fused silica (fused silica), which has a very low coefficient of thermal expansion (CTE) equal to 0.6 * 10 " 6 / ° K.
  • Optomechanical elements side racks (10) that specify the distance between the assembly of the input lens (1) with a secondary mirror (3), and the assembly of the main mirror (2) with a prefocal corrector (4) and a sensor (5)), as well as lens frames, are made of SuperInvar (32NKD) - an alloy with the same low KTP as fused silica This design minimizes thermal deformation when working in a wide temperature range (-40 ... + 60 ° C) and high temperature gradients in conditions of micro-satellites in Earth orbit class.
  • the estimated mass of the optical elements is less than 3 kg, the total mass of the optical telescope is less than 8 kg.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Telescopes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к оптике и к космической технике, а именно к электронно-оптическим телескопам дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), пригодным для применения на космических аппаратах (КА) микро-класса. Оптический телескоп, содержит оптическую схему зеркально-линзового осевого объектива с некруглой апертурой, включающую в себя собирающую входную линзу, вогнутое главное зеркало-линзу, выпуклое вторичное зеркало и предфокальный двухлинзовый корректор. Вторичное выпуклое зеркало размещено непосредственно в центре входной линзы таким образом, чтобы плоскость изображения находилась вблизи от задней поверхности крепежной системы главного зеркала. Предфокальный двухлинзовый корректор размещен в центре главного зеркала-линзы. 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. На внешней стороне держателя закреплены главное зеркало-линза и бленда главного зеркала-линзы. Сборка входной линзы со вторичным зеркалом и сборка главного зеркала-линзы с предфокальным корректором соединены боковыми стойками. Со стороны главного зеркала-линзы боковые стойки закреплены на шпангоуте. Со стороны входной линзы закреплены на держателе входной линзы. Вторичное зеркало закреплено к входной линзе посредством держателя вторичного зеркала и бленды вторичного зеркала. Фотоприемник электронного сенсора; размещенный непосредственно за предфокальным корректором в фокусе оптической схемы и закрепленный на внешнем торце держателя главного зеркала-линзы. Использование изобретения позволяет обеспечить высокодетальную космическую съемку поверхности Земли при помощи оптического телескопа при его размещении на борту космического аппарата микро-класса формата CubeSat 16U.

Description

Оптический телескоп дистанционного зондирования Земли высокого разрешения для космических аппаратов микро-класса
Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к оптике и к космической технике, а именно к электронно- оптическим телескопам дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), пригодным для применения на космических аппаратах (КА) микро-класса.
Уровень техники
К оптике космических аппаратов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) предъявляются противоречивые требования: высокое угловое разрешение, значительное фокусное расстояние с широким полем зрения, работа в широком диапазоне температур, и одновременно - максимальная компактность и малый вес.
Обычно в аппаратах дистанционного зондирования Земли используются телескопы системы Ричи-Кретьена с линзовым корректором (с полем зрения до 1 градуса), либо тяжелые линзовые объективы (с широким полем зрения) [Геотон-Л1 для
Ресурс-П]. Многозеркальные асферические системы (Three-Mirror-Anastigmat,
[http://www.telescope-optics.net/three-mirror.htm] могут обладать широким полем зрения (до
5-7 градусов), но они занимают значительный объем и очень дороги в изготовлении и отладке.
Известны варианты зеркально-линзовых схем с двумя зеркалами и полноапертурным корректором (Максутов-Кассегрен, Шмидт-Кассегрен, Busack-Honders) [http://www.telescope-optics.net/SCT.htm]. Достоинство этих схем - сферическая форма всех или большинства поверхностей и относительно широкое поле зрения (до 1 градуса); однако такое поле зрения недостаточно для современных спутников ДЗЗ. Другие недостатки - значительная длина этих схем и недостаточное качество изображения (они ориентированы на визуальное наблюдение, а не на высокодетальную фотосъемку).
Известны варианты зеркально-линзовых оптических схем с полноапертурным корректором (Хоугтона, Рихтера-Слефогта, Волосова) [http://www.telescope- optics.net/Houghton.htm], способные обеспечить поле зрения более 3 градусов при F/D~3. [см, например, усовершенствованный вариант В.Теребижа WF-01 http://www.terebizh.ruA .Yu.T/publications%5C2007_03r.pdf; Широкоугольные оптические телескопы В.Ю.Теребиж, Астрономия 2006: традиции, настоящее и будущее Санкт- Петербург июнь 2006 2w 1. - презентация. Все они состоят из главного зеркала, вторичного зеркала, двухлинзового полноапертурного корректора и линзового предфокального корректора. Все поверхности оптических элементов - сферические, что значительно удешевляет их изготовление. Недостатком этих схем является их значительная длина (близкая к фокусному расстоянию главного зеркала), а также значительный вес двухлинзового полноапертурного корректора.
Этот недостаток сокращен в варианте WF-03 в той же публикации В.Теребижа путем совмещения второй линзы корректора и главного зеркала в единое зеркало Манжена. Этот вариант рассматривается нами, как прототип.
Недостатками прототипа является все еще чрезмерная для микроспутника длина телескопа (отношение длины к апертуре более 2), а также недостаточное угловое разрешение.
Сущность изобретения
Задачей, решаемой заявленным изобретением, является осуществление высокодетальной съёмки земной поверхности из космоса в оптическом спектре частот с длинами волн в диапазоне 450-900 нм при поле зрения оптического телескопа в 3 угловых градуса с угловым разрешением лучше 1"; размещение оптического телескопа ДЗЗ и обеспечение его функционирования в условиях ограниченного пространства микро- спутника формата CubeSat 16U.
Технический результат заявленного изобретения заключается в обеспечении высокодетальной космической съёмки поверхности Земли при помощи оптического телескопа при его размещении на борту КА микро-класса формата CubeSat 16U.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счёт того, что телескоп содержит оптические элементы, составляющие оптическую схему зеркально- линзового осевого объектива с некруглой апертурой, включающих 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 крепёжной системы главного зеркала, а предфокальный двухлинзовый корректор размещён в центре главного зеркала- линзы, при этом в главном зеркале-линзе и вторичном зеркале установлены внутренние бленды; оптомеханическую конструкцию, состоящую из боковых стоек, шпангоута, размещённого на нём держателя главного зеркала-линзы, предфокального двухлинзового корректора и бленды главного зеркала-линзы, причём внутри держателя размещён предфокальный двухлинзовый корректор, а на внешней стороне держателя закреплены главное зеркало-линза и бленда главного зеркала-линзы, причём на внешнем торце держателя в фокусе оптической схемы размещён фотоприёмник 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; размещённый на держатели главного зеркала-линзы непосредственно за предфокальным корректором в фокусе оптической схемы.
В частном случае реализации заявленного технического решения эквивалентный диаметр апертуры составляет 241 мм, а линзы выполнены квадратной формы со скругленными углами, при этом габариты оптической части системы составляют 222x222 мм с размещенными входной линзой и главным зеркалом-линзой, обрезанными от диаметра 258 мм.
В частном случае реализации заявленного технического решения главное зеркало- линза выполнена в виде зеркала-линзы Манжена.
В частном случае реализации заявленного технического решения оптические элементы выполнены сферическими. В частном случае реализации заявленного технического решения оптические элементы выполнены из плавленого кварца.
В частном случае реализации заявленного технического решения боковые стойки и оправы линз выполнены из сплава прецизионного 32НКД.
В частном случае реализации заявленного технического решения фокусное расстояние оптической схемы составляет 745 мм.
В частном случае реализации заявленного технического решения кривизна вторичного зеркала выполнена таким образом, что плоскость изображения находится вблизи от задней поверхности крепежной системы главного зеркала-линзы.
В частном случае реализации заявленного технического решения шпангоут выполнен с возможностью крепления телескопа к конструкции космического аппарата.
В частном случае реализации заявленного технического решения на главном зеркале-линзе и вторичном зеркале установлены внутренние бленды.
В частном случае реализации заявленного технического решения бленды выполнены трубчатыми в форме конической поверхности одинарной кривизны. В частном случае реализации заявленного технического решения бленды выполнены из алюминиевого сплава.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:
Фиг.1 - Принципиальная оптическая схема предлагаемого объектива.
Фиг.2 - Внешний вид и относительное расположение оптических элементов предлагаемого объектива.
Фиг.З - Форма и размеры входной линзы объектива телескопа.
Фиг.4 - Общий вид конструкции телескопа со стороны главного зеркала-линзы.
Фиг.5 - Общий вид конструкции телескопа со стороны входной линзы.
Фиг.6 - Внешний вид и относительное расположение оптических элементов предлагаемого объектива с внутренними блендами.
Фиг.7 - Диаграммы пятна рассеяния по положениям в плоском поле зрения.
Фиг.8 - График функции передачи модуляции предлагаемого телескопа.
На фигурах обозначены следующие позиции:
1 - входная линза (полноапертурный корректор), 2 - главное зеркало-линза Манжена, 3 - вторичное зеркало, 4 - предфокальный двухпинзовый корректор, 5 - фотоприёмник сенсора, 6 - бленда вторичного зеркала, 7 - бленда главного зеркала- линзы, 8 - шпангоут, 9 - держатель главного зеркала-линзы, предфокального двухлинзового корректора и бленды главного зеркала-линзы, 10 - боковые стойки, 11 - держатель входной линзы, 12 - держатель вторичного зеркала и бленды вторичного зеркала; L и L1 - длина сторон оптической части системы; D - диаметр закругления узлов входной линзы и главного зеркала-линзы.
Раскрытие изобретения
Оптический телескоп дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) включает в свой состав следующие укрупнённые элементы: оптические элементы; оптомеханическая конструкция; сенсор с фотоприёмником.
Оптический телескоп представляет собой компактный зеркально-линзовый осевой объектив, состоящий из входной линзы (полноаппертурного корректора), главного вогнутого зеркала-линзы Манженовского типа, выпуклого вторичного зеркала (размещённого в центре входной линзы) и предфокального двухлинзового корректора, размещённого в центре главного зеркала и формирующего высококачественное изображение на плоском фотоприёмнике сенсора, размещённом на внешнем торце держателя главного зеркала-линзы непосредственно за двухлинзовым корректором. При этом, все оптические поверхности являются сферическими. Вторичное выпуклое зеркало размещено непосредственно в центре входной линзы таким образом, чтобы плоскость изображения находилась вблизи от задней поверхности крепёжной системы главного зеркала, тем самым обеспечивая компактность всей оптической схемы.
Применение главного вогнутого зеркала-линзы Манженовского типа также обеспечивает компактность оптической схемы. Для увеличения светосилы объектива (эквивалентного диаметра апертуры системы) входная линза и главное зеркало выполнены в диаметре, большем поперечных габаритов системы, и обрезанные по краям до требуемого размера. Данное техническое решение позволило увеличить разрешение и количество собираемого объективом света до уровня, примерно соответствующего объективу с круглой эквивалентной апертурой диаметром 241 мм при габаритных ограничениях оптических элементов 222 х 222 мм.
Для минимизации паразитной засветки чувствительного фотоприёмника сенсора на главном зеркале-линзе и вторичном зеркале установлены внутренние бленды. Бленды выполнены трубчатыми в форме конической поверхности одинарной кривизны, за счёт чего обеспечивается технологичность их изготовления и сборки, и оптимизированы для некруглой апертуры объектива и фотоприемника сенсора прямоугольной формы, что позволило уменьшить центральное экранирование и повысить характеристики объектива. Бленды изготавливаются путём гибки развертки из листового металла, в частном случае из алюминиевого сплава. Такие бленды обеспечивают невеньетированное поле, соответствующее размерам выбранного сенсора
Более детально оптический телескоп ДЗЗ состоит из:
- оптических элементов, составляющих оптическую схему зеркально-линзового осевого объектива, включающих в себя входную линзу (полноапертурный корректор) (1), вогнутое главное зеркало-линзу Маженовского типа (2), выпуклое вторичное зеркало (3) и предфокальный двухлинзовый корректор (4). Все оптические элементы являются сферическими. При этом, вторичное выпуклое зеркало (3) размещено непосредственно в центре входной линзы (1) таким образом, чтобы плоскость изображения находилась вблизи от задней поверхности крепёжной системы главного зеркала (2), тем самым обеспечивая компактность всей оптической схемы. Кроме того, применение главного вогнутого зеркала-линзы Манженовского типа (2) также обеспечивает компактность оптической схемы. Предфокальный двухлинзовый корректор (4) размещён в центре главного зеркала-линзы (2). Фотоприёмник электронного сенсора (5) размещён непосредственно за предфокальным корректором (4) в фокусе оптической схемы, чьё фокусное расстояние составляет 745 мм;
- оптомеханическая конструкция состоит из шпангоута (8), через который телескоп крепится к конструкции КА, размещённого на нём держателя (9) главного зеркала-линзы, предфокального двухлинзового корректора и бленды главного зеркала- линзы, причём внутри держателя (9) размещён предфокальный двухлинзовый корректор
(4) , а на внешней стороне держателя (9) закреплены главное зеркало-линза (2) и бленда (7) главного зеркала-линзы.
Боковые стойки (10) соединяют сборку входной линзы (1) со вторичным зеркалом (3) и сборку главного зеркала-линзы (2) с предфокальным корректором (4), задавая расстояние между ними. Со стороны главного зеркала-линзы (2) боковые стойки (10) крепятся к шпангоуту (8), а со стороны входной линзы (1) к держателю входной линзы (11). Вторичное зеркало (3) крепится к входной линзе (1) через держатель вторичного зеркала и бленды вторичного зеркала (12), где также закреплена бленда вторичного зеркала (6). Общий вид конструкции телескопа представлен на Фиг. 4., Фиг. 5.
В процессе орбитальной съёмки оптическим телескопом свет от земных объектов фотосъемки поступает на собирающую сферическую входную линзу (полноапертурный корректор) (1). Полученный слабо-сходящийся пучок лучей поступает на главное зеркало Манжена (2), выполненное, как зеркальное покрытие второй линзы-корректора (на дальней от входной линзы стороне). Таким образом, пучок лучей проходит через вторую линзу-корректор, отражается от вогнутой сферической поверхности главного зеркала, повторно проходит через вторую линзу и направляется к вторичному зеркалу (3).
После отражения от вторичного зеркала (3) пучок лучей проходит предфокальный корректор (4), размещенный в трубке держателя (9) в центре главного зеркала-линзы (2). Этот корректор (из двух сферических линз) исправляет остаточные аберрации и формирует изображение на плоской поверхности фотоприёмника сенсора
(5) , размещённого на внешнем торце держателя главного зеракла-линзы (9). В сенсоре (5) осуществляется оцифровка и квантование принятого аналогового оптического сигнала, после чего данные отправляются на дальнейшее сохранение и обработку.
Минимизация габаритов объектива достигается размещением вторичного выпуклого зеркала (3) в отверстии в центре входной линзы (1), причём крепёж производиться непосредственно к входной линзе (1), без использования дополнительных растяжек или распорок.
Применение главного вогнутого зеркала-линзы Манженовского типа (2) также обеспечивает компактность оптической схемы.
Кривизна вторичного зеркала (3) рассчитана таким образом, что плоскость изображения находится вблизи от задней поверхности крепежной системы главного зеркала-линзы (2). Использование в сумме 4-х линз для коррекции аберраций позволяет достичь высокого качества изображения по всему полю зрения (площади сенсора), необходимого для задач ДЗЗ (Фиг.7, Фиг.8).
Использование собирающей входной линзы (1), дающей слабо сходящийся пучок лучей, позволяет не увеличивать диаметр главного зеркала-линзы (2) по сравнению со входной апертурой (в отличие от большинства прототипов).
Использование зеркала-линзы Манжена в качестве главного зеркала (2) обеспечивает хорошую защиту алюминиевого отражающего слоя телом линзы.
Для увеличения эквивалентного диаметра объектива (дифракционного диаметра и общей площади) используются линзы квадратной формы со скругленными углами (Фиг.З), вписанные в жестко ограниченный габарит КА микро-класса стандарта CubeSat 16U. Таким образом, в габаритах оптической части системы 222x222 мм размещены входная линза (1) и главное зеркало-линза (2), обрезанные от диаметра 258 мм, что дает эквивалентный диаметр апертуры в 241 мм.
Для минимизации паразитной засветки чувствительного фотоприёмника сенсора
(5) на главном зеркале-линзе (2) и вторичном зеркале (3) установлены внутренние бленды (7 и 6 соответственно). Бленды выполнены трубчатыми в форме конической поверхности одинарной кривизны, за счёт чего обеспечивается технологичность их изготовления и сборки, и оптимизированы для некруглой апертуры объектива и фотоприемника сенсора прямоугольной формы, что позволило уменьшить центральное экранирование и повысить характеристики объектива. Бленды изготавливаются путём гибки развертки из листового металла, в частном случае из алюминиевого сплава. Такие бленды обеспечивают невеньетированное поле, соответствующее размерам выбранного сенсора.
Все оптические элементы схемы изготавливаются из плавленого кварца (fused silica), имеющего очень низкий коэффициент теплового расширения (КТР) равный 0.6*10" 6/°К. Оптомеханические элементы (боковые стойки (10), задающие расстояние между сборкой входной линзы (1) со вторичным зеркалом (3), и сборкой главного зеркала (2) с предфокальным корректором (4) и сенсором (5)), а также оправы линз, изготавливаются из СуперИнвара (32НКД) - сплава с таким же низким КТР, как и плавленый кварц. Такая конструкция позволяет минимизировать термодеформации при работе в широком диапазоне температур (-40...+60°С) и больших градиентов температуры в условиях спутника микро-класса на околоземной орбите.
Расчетная масса оптических элементов менее Зкг, общая масса оптического телескопа менее 8кг.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Оптический телескоп, содержащий:
оптические элементы; составляющие оптическую схему зеркально-линзового осевого объектива с некруглой апертурой, включающих 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 крепёжной системы главного зеркала, а предфокальный двухлинзовый корректор размещён в центре главного зеркала-линзы, при этом в главном зеркале-линзе и вторичном зеркале установлены внутренние бленды; оптомеханическую конструкцию, состоящую из боковых стоек, шпангоута, размещённого на нём цилиндрического держателя главного зеркала-линзы, предфокального двухлинзового корректора и бленды главного зеркала-линзы, причём внутри цилиндрического держателя размещён предфокальный двухлинзовый корректор, а на внешней стороне держателя закреплены главное зеркало-линза и бленда главного зеркала-линзы, 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; размещённый на внешнем торце держателя главного зеркала-линзы непосредственно за предфокальным корректором в фокусе оптической схемы.
2. Оптический телескоп по п.1 , отличающийся тем, что эквивалентный диаметр апертуры составляет 241 мм, а линзы выполнены квадратной формы со скругленными углами, при этом габариты оптической части системы составляют 222x222 мм с размещенными входной линзой и главным зеркалом-линзой, обрезанными от диаметра 258 мм.
3. Оптический телескоп по п.1 , отличающийся тем, что главное зеркало-линза выполнена в виде зеркала-линзы Манжена.
4. Оптический телескоп по п.1 , отличающийся тем, что оптические элементы выполнены сферическими.
5. Оптический телескоп по п.1 , отличающийся тем, что оптические элементы выполнены из плавленого кварца.
6. Оптический телескоп по п.1 , отличающийся тем, что боковые стойки оправы линз выполнены из сплава прецизионного 32НКД.
7. Оптический телескоп по п.1 , отличающийся тем, что фокусное расстояние оптической схемы составляет 745 мм.
8. Оптический телескоп по п.1 , отличающийся тем, что кривизна вторичного зеркала выполнена таким образом, что плоскость изображения находится вблизи от задней поверхности крепежной системы главного зеркала-линзы.
9. Оптический телескоп по п.1 , отличающийся тем, что шпангоут выполнен с возможностью крепления телескопа к конструкции космического аппарата.
10. Оптический телескоп по п.1 , отличающийся тем, что на главном зеркале- линзе и вторичном зеркале установлены внутренние бленды.
11. Оптический телескоп по п.1, отличающийся тем, что бленды выполнены трубчатыми в форме конической поверхности одинарной кривизны
12. Оптический телескоп по п.1 , отличающийся тем, что бленды выполнены из алюминиевого сплава.
PCT/RU2017/000182 2017-01-25 2017-03-29 Оптический телескоп дистанционного зондирования земли высокого разрешения для космических аппаратов микро-класса WO2018139949A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017102362A RU2646418C1 (ru) 2017-01-25 2017-01-25 Оптический телескоп дистанционного зондирования Земли высокого разрешения для космических аппаратов микро-класса
RU2017102362 2017-01-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018139949A1 true WO2018139949A1 (ru) 2018-08-02

Family

ID=61568659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000182 WO2018139949A1 (ru) 2017-01-25 2017-03-29 Оптический телескоп дистанционного зондирования земли высокого разрешения для космических аппаратов микро-класса

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2646418C1 (ru)
WO (1) WO2018139949A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112307581A (zh) * 2020-10-26 2021-02-02 北京空间机电研究所 一种空间光学遥感器光机协同设计方法
CN115291407A (zh) * 2022-09-29 2022-11-04 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于离轴光学系统的平行光管机身装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2702842C1 (ru) * 2019-02-22 2019-10-11 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Объектив съемочной системы дистанционного зондирования Земли высокого разрешения видимого и ближнего ИК диапазонов для космических аппаратов микро-класса
CN110850662B (zh) * 2019-11-01 2022-06-24 上海航天控制技术研究所 一种多自由度光学搜索系统
RU202056U1 (ru) * 2020-10-21 2021-01-28 Акционерное общество "НПО "ЛЕПТОН" Мультиспектральная оптико-электронная камера для микро- и нанокосмических аппаратов
CN116736514B (zh) * 2023-08-09 2023-10-31 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 多通道视场分割器及应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2091835C1 (ru) * 1996-01-23 1997-09-27 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им.С.А.Зверева" Зеркально-линзовый объектив для ближней ик - области спектра излучения
RU13707U1 (ru) * 1999-10-15 2000-05-10 Открытое акционерное общество "ЛОМО" Зеркально-линзовый телескоп
RU2475788C1 (ru) * 2012-04-06 2013-02-20 Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ") Устройство катадиоптрического телескопа

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2817270A (en) * 1955-12-12 1957-12-24 Leitz Ernst Gmbh Telescope objective systems
US9507129B2 (en) * 2013-10-31 2016-11-29 Duke University Apparatus comprising a compact catadioptric telescope

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2091835C1 (ru) * 1996-01-23 1997-09-27 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им.С.А.Зверева" Зеркально-линзовый объектив для ближней ик - области спектра излучения
RU13707U1 (ru) * 1999-10-15 2000-05-10 Открытое акционерное общество "ЛОМО" Зеркально-линзовый телескоп
RU2475788C1 (ru) * 2012-04-06 2013-02-20 Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ") Устройство катадиоптрического телескопа

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. KHJUIT, OPTICHESKIE I INFRAKRASNYE TELESKOPY 90-GODOV, 1983, Moscow, Mir, pages 118 - 122 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112307581A (zh) * 2020-10-26 2021-02-02 北京空间机电研究所 一种空间光学遥感器光机协同设计方法
CN112307581B (zh) * 2020-10-26 2024-02-09 北京空间机电研究所 一种空间光学遥感器光机协同设计方法
CN115291407A (zh) * 2022-09-29 2022-11-04 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于离轴光学系统的平行光管机身装置

Also Published As

Publication number Publication date
RU2646418C1 (ru) 2018-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2646418C1 (ru) Оптический телескоп дистанционного зондирования Земли высокого разрешения для космических аппаратов микро-класса
US5841574A (en) Multi-special decentered catadioptric optical system
Joseph Building earth observation cameras
EP3417329B1 (en) Compact spherical diffraction limited telescope system for remote sensing in a satellite system
Jin et al. Optical design of a reflecting telescope for cubesat
Cao et al. Nasmyth focus instrumentation of the new solar telescope at big bear solar observatory
CN109283671B (zh) 一种轻小型大视场低畸变的类同轴五反光学系统
EP2901198B1 (en) Telescope, comprising a spherical primary mirror, with wide field of view and high optical resolution
WO2001077734A1 (en) Compact imaging system including an aspheric quaternary element
Ackermann et al. Lens and Camera Arrays for Sky Surveys and Space Surveillance.
Tofani et al. Design of the EnVisS instrument optical head
Kirschstein et al. Metal mirror TMA, telescopes of Jena spaceborne scanners: design and analysis
CN114236798A (zh) 折反射式无焦光学系统
Paez et al. Telescopes
US10365346B1 (en) Low profile multi-axis star sensing
CN114594587B (zh) 一种紫外巡天的光学成像系统
Angel et al. Good imaging with very fast paraboloidal primaries: an optical solution and some applications
RU2158946C1 (ru) Оптический солнечный телескоп
Da Deppo et al. Optical performance of the wide-angle camera for the Rosetta mission: preliminary results
JP2972757B1 (ja) 重力レンズ望遠鏡
Sachkov et al. Approach to build a dedicated space born small aperture UV telescope for the long term study of comets (Comet-UV project)
El-Tohamy et al. A Comparative Study and Simulation of Reflecting Telescope Layouts Used in EO Sensors of Remote Sensing Satellites
Marra et al. Optical design of a high-resolution imaging channel for the Bepi Colombo space mission
Hull et al. Eclipse telescope design factors
McDowell et al. Method of improving the performance of lenses for use in thermal infrared

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17894222

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 30/01/2020)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17894222

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1