Контроль геометрических параметров зеркальной системы телескопа космической обсерватории «Миллиметрон» на борту космического аппарата Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 681.7:004.4; 621.397.7; 53.083.8; 629.7

КОНТРОЛЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЗЕРКАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ТЕЛЕСКОПА КОСМИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ «МИЛЛИМЕТРОН» НА БОРТУ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

А. Г. Верхогляд1, И. С. Глебус1, С. Н. Макаров1, В. М. Михалкин2, В. И. Халиманович2

1Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук Российская Федерация, 630058, г. Новосибирск, ул. Русская, 41 2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 Е-mail: stupak@tdisie.nsc.ru, verhog@tdisie.nsc.ru

Одним из основных элементов космической обсерватории «Миллиметрон», запуск которой запланирован на ближайшие годы, является зеркальная система телескопа. Требования к настройке ее оптической системы и формы главного зеркала чрезвычайно высоки (СКО формы поверхности не более 5 мкм). Эти требования выполнимы только при наличии на борту КА активной системы подстройки формы, включающей в себя измерительную систему. Рассматривается один из вариантов бортовой измерительной системы зеркальной части телескопа.

Ключевые слова: космическая обсерватория, оптическая схема телескопа, погрешность измерений, когерентный дальномер, коррекция волнового фронта.

TESTING SPACE OBSERVATORY "MILLIMETRON" TELESCOPE MIRROR SISTEM

ON BOARD OF THE SPACECRAFT

A. G. Verkhogliad1, I. S. Glebus1, S. N. Makarov1, V. M. Mikhalkin2, V. I. Khalimanovich2

technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences 41, Russkaya Str., Novosibirsk, 630058, Russian Federation

2Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: stupak@tdisie.nsc.ru, verhog@tdisie.nsc.ru

One of the main elements of the "Millimetron" space observatory, the launch of which is planned for the coming years, is the mirror system of the telescope. The requirements for tuning its optical system and the shape of the main mirror are extremely high (RMS surface shapes not more than 5 ¡j.m). These requirements can be met only if there is an active tuning system onboard the spacecraft, which includes a measuring system. This paper considers one of the variants of the onboard measuring system of the mirror part of the telescope.

Keywords: space observatory, optical scheme of the telescope, measurement error, coherent range finder, wave front correction.

Введение. В настоящее время идет активная проработка проекта космической обсерватории «Миллиметрон» [1]. Одним из основных элементов этой обсерватории является зеркальный телескоп, работающий в спектральном диапазоне от десятков микрометров до единиц миллиметров. Конструкция телескопа обеспечивает отклонение положения формообразующих элементов главного зеркала и элементов оптической схемы телескопа (рис. 1) от заданных параметров в пределах нескольких миллиметров.

Для минимизации искажений изображения наблюдаемых объектов, вызванных отклонениями формы поверхности главного зеркала телескопа от заданной и отклонениями взаимного расположения его элементов, окончательную корректировку их положения необходимо производить по анализу искажений волно-

вого фронта [2] и последующей коррекции волнового фронта и функции рассеяния точки [3; 4]. Описанные в ссылках методы работают эффективно, когда отклонение формы поверхности от заданной меньше рабочей длины волны. Поэтому требуется предварительная подстройка элементов телескопа. В данной работе приведены предложения по составу и исполнению «двухконтурной» системы контроля формы поверхности и расположения элементов оптической схемы телескопа.

Состав и принципиальная схема системы для контроля формы поверхности и расположения элементов зеркальной части телескопа. При построении «двухконтурной» схемы контроля геометрии технические параметры первого контура должны обеспечивать определение положения элементов оп-

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

тическои схемы и точек поверхности зеркала с погрешностью, сравнимой с рабочей длиной волны, т. е. отклонение должно быть не более нескольких десятков микрон. Для этого необходимы дальномер и система углового сканирования. Сравнительный анализ различных методов измерения расстояний показал, что наиболее предпочтительной является схема дальномера с использованием когерентного частотно-модулированного оптического сигнала [5]. Применение такого дальномера и устройства двухосевого углового сканирования (бортовой 3Б-сканер), а также оптической схемы согласования для совмещения изображения точки попадания луча дальномера на поверхность зеркала сканирующей системы с фокусом телескопа (рис. 2) позволит измерять абсолютное и относительное положение элементов оптической схе-

мы телескопа и восстанавливать форму поверхности зеркала с погрешностью, не превышающей несколько десятков микрон. После проведения коррекции геометрических параметров с использованием этих данных можно переходить к анализу функции рассеяния точки и искажений волнового фронта. По результатам анализа будет производиться окончательная настройка оптической схемы.

Заключение. Предложенный состав и принципы работы бортовой системы контроля геометрических параметров оптической схемы телескопа космической обсерватории «Миллиметрон» позволяют производить контроль формы поверхности зеркала с погрешностью, не превышающей несколько десятков микрон. Эта методика измерений может быть применена и для других аналогичных задач.

Рис. 1. Оптическая схема телескопа космической обсерватории «Миллиметрон»

Контррефлектор

Рис. 2. Взаимное расположение телескопа, согласующей оптической схемы и 3Б-сканера

Библиографические ссылки

1. Обзор научных задач для обсерватории «Мил-лиметрон» / Н. С. Кардашёв, И. Д. Новиков, В. Н. Лу-каш и др. // УФН 184. 2014. Р. 1319-1352.

2. Platt B., Shack R. History and principles of Shack-Hartmann wave front sensing // Journal of Refractive Surgery. 2001. Vol. 17.

3. Родионов C. А. Автоматизация проектирования оптических систем. СПб., 1982.

4. Матвеев А. Н. Оптика. М. : Высшая школа, 2001.

5. Макаров С. Н., Глебус И. С. Разработка опорного канала когерентного лазерного дальномера // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012 : Междунар. науч. конф. (10-20 апреля 2012, г. Новосибирск) / СГГА. Новосибирск, 2012. Т. 1. С. 90-95.

References

1. Kardashev N. S., Novikov I. D., Lukash V. N. et al. Obzor nauchnykh zadach dlya observatorii Millimetron // UFN 184 2014. Р. 1319-1352.

2. Platt B., Shack R. History and principles of Shack-Hartmann wave front sensing // Journal of Refractive Surgery. 2001. Vol. 17.

3. Rodionov C. A. Avtomatizatsiya proektirovaniya opticheskikh sistem. SPb., 1982.

4. Matveev A. N. Optika. M. : Vysshaya shkola, 2001.

5. Makarov S. N., Glebus I. S. Razrabotka opornogo kanala kogerentnogo lazernogo dal'nomera // Interekspo GE0-Sibir'-2012: Mezhdunar. nauch. konf. (10-20 apre-lya 2012) / SGGA. Novosibirsk, 2012. T. 1. Р. 90-95.

© Верхогляд А. Г., Глебус И. С., Макаров С. Н., Михалкин В. М., Халиманович В. И., 2017