CC BY
26Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты УДК 621.396.91/96
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ КАТАДИОПТРИЧЕСКОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
М. Р. Нургужин, В. В. Тен, Б. Ш. Альбазаров, Б. Р. Жумажанов
Акционерное общество «Национальная компания «Казахстан Fapbra Сапары» Казахстан, 010000, г. Астана, Дом министерств, 4-й подъезд. E-mail: sktb@gharysh.kz
Доклад посвящен технологии проектирования и анализа оптических параметров телескопа, используемого в целях дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) на малых космических аппаратах (КА). Описаны основные этапы проектирования телескопа на примере катадиоптрической системы и обоснована их необходимость. Приведена используемая философия моделирования, описан этап верификации. Статья дает общее представление о современных методах разработки оптической полезной нагрузки для малых КА.
Ключевые слова: оптическая система, функция передачи модуляции, дистанционное зондирование Земли.
DESIGN AND ANALYSIS OF CATADIOPTRIC OPTICAL SYSTEM
M. Nurguzhin, V. Ten, B. Albazarov, B. Zhumazhanov
JSC "National Company "Kazakhstan Gharysh Sapary" 4-th entrance of House of Ministries, Astana, 010000, Kazakhstan. E-mail: sktb@garysh.kz
The paper is devoted to design and analysis of the telescope technological parameters used in small satellites for remote sensing purposes. The main design phases for remote sensing telescope are described in the example of catadioptric system and the necessity of those phases is shown. The applied model philosophy is given, verification phase is described. The general view of modern methods to develop optical payloads for small satellites is presented.
Keywords: optical system, modulation transfer function, remote sensing of the Earth.
Методы проектирования оптических систем с появлением специальных программных продуктов имеют свои особенности. Если раньше для разработки оптической системы (ОС) необходимо было проводить долгие расчеты с учетом геометрических особенностей поверхностей компонентов системы, характеристик используемых стекол (коэффициента преломления, числа Аббе), например [1; 2], то в последнее время этот процесс изменился. Появление такого программного обеспечения, как CodeV, ZEMAX, OPAL, OSLO и т. д., дает возможность ускорить процесс проектирования [3].
Данная работа была проведена в сотрудничестве с компанией SSTL (Великобритания) в рамках реализации проекта по созданию космического аппарата (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).
Предлагаемая оптическая система разрабатывалась для использования в качестве полезной нагрузки на научно-технологическом КА с соблюдением всех
технологических требований, используемых в SSTL для создания коммерческих КА.
В качестве оптической системы была выбрана ка-тадиоптрическая система, идея которой принадлежит Дэну Лоббу - одному из ведущих специалистов SSTL.
На первом этапе был обоснован выбор апертуры телескопа, зависящей от ряда факторов: характеристик детектора для регистрации получаемого излучения от подстилающей поверхности в 5-и мультиспек-тральных диапазонах и обеспечения необходимого отношения сигнала к шуму. Данное соотношение, как и ряд других, таких как требования к орбите, линейное разрешение получаемого изображения, как правило, следуют из требований заказчика космической системы. Также были рассчитаны другие основные параметры телескопа с углом поля зрения 7,5 градусов.
Приведем схему выбранной катадиоптрической системы.
Рис. 1. Оптическая схема системы
Решетневскуе чтения. 2013
TS л 0.3000 В.0000 DEE FS 3.7500. 0.0000 DEE
-Д и
4.1 11.1 11.2 25.6 32 30 Ч на 51,2 57.Ь
Пространственная частота линий мм
Рис. 2. График функции передачи модуляции для одного из спектральных каналов
На данной схеме приведен ход лучей, позиции зеркала Манжена, корректирующих линз, а также блока фокальной плоскости.
На рис. 2 представлен график оптической функции передачи модуляции (ФПМ), являющийся одним из основных параметров телескопа, для канала 810-840 нм. Значения ФПМ в других каналах и в центре поля еще выше. Разными цветами на графике обозначены разные углы поля зрения телескопа, две линии одного цвета - один и тот же угол поля, но в сагиттальном и тангенциальном направлениях. Приведен анализ влияния внешних факторов, таких как учет внешнего давления и температуры, на оптические характеристики телескопа. Как правило, рабочий диапазон изменения температуры определяется из требования, чтобы ФПМ в этом диапазоне не ухудшался более чем на 10 %. Данный анализ можно провести существующим ПО, было получено, что при изменении температуры в диапазоне 20 град + -5 град значение ФПМ позволяет получить изображение необходимого качества. При этом уменьшение ФПМ идет за счет полученного запаса при проектировании. Полученный температурный диапазон необходим при проектировании системы терморегулирования телескопа.
Также проведен учет влияния механических допусков при изготовлении элементов системы и сборки телескопа. Принятие технологических допусков на качество изготовления элементов оптической системы требует учета неточностей изготовления при проектировании. Данные допуски также уменьшают полученное на первом этапе проектирования значение ФПМ, но за счет имеющего запаса, полученного на
начальном этапе проектирования - оптические характеристики являются удовлетворительными.
Анализируется вопрос выбора материала для изготовления механической части телескопа на соответствие тепловых коэффициентов расширения материала и используемых стекол, соответствия бюджету масс, стоимости, технологичности сборки, а также выбор и компоновка электроники телескопа.
Библиографические ссылки
1. Слюсарев Г. Г. Методы расчета оптических систем. Л. : Машиностроение, 1969. 672 с.
2. Максутов Д. Д. Астрономическая оптика. Л. : Наука. Ленингр. отд-ние, 1979. 395 с.
3. Полежаев В. В., Коршунова Г. Е., Тягур В. М. Зеркально-линзовый объектив. Патент на изобр. № 2333518. Зарегистрировано в Госреестре РФ 10.09.2008 г.
References
1. Slusarev G. G., Metody rascheta opticheskikh system. Leningrad, Mashinostroenie, 1969, 672 p.
2. Maksutov D. D., Astronomocheskaja optica. Leningrad : Nauka, 1979. 395 p.
3. Polezhaev V. V., Korshunova G. E., Tijgur V. M. Zerkalno - linzovyi ob'ektiv. Patent on an invention № 2333518. Was registered in Gosreestr RF 10.09.2008
© Нургужин М. Р..
Тен В. В., Альбазаров Б. Ш., Жумажанов Б. Р., 2013
