Dlaczego lustro wygięte „jak chipsy ziemniaczane” pozwala teleskopom kosmicznym być mniejszym i mieć szersze pole widzenia?


17

Przeglądałem przedmioty z NASA i natknąłem się na to - Out With the Old, In With the New: Telescope Mirrors Get New Shape

Ta wyłaniająca się technologia lustrzana, zwana swobodną optyką, spowodowana postępami w produkcji i testowaniu sterowanym komputerowo, spowodowała zmianę morską w inżynierii optycznej ... technologia ta jest bardzo obiecująca dla naukowców, którzy chcą opracować kompaktowe teleskopy dla CubeSat i innych małych satelity - coraz popularniejsza i bardziej opłacalna alternatywa dla bardziej tradycyjnych misji, których budowa i uruchomienie są droższe.

Teleskopy dla cubesats ?!

Artykuł zawierał tę ilustrację, a ja próbuję dowiedzieć się, w jaki sposób przekształca się to w wyraźny obraz bez zniekształceń i dlaczego twierdzą, że pozwala on na znacznie bardziej kompaktowy teleskop.

dowolna konstrukcja lustra optyki

To był krótki artykuł, który nawet nie próbował tego wyjaśnić, a kiedy szukałem innych artykułów na ten temat dla nie-ekspertów, znalazłem zip. Być może jest to bardzo trudne do wyjaśnienia, ale pomyślałem, że i tak zapytam. Kilka tygodni temu powiedziałem entuzjastycznej młodzieży, że nie jest możliwe uruchomienie teleskopu zdolnego do czegokolwiek przydatnego na sześcian. Ups ...


Szukasz artykułu dla szerokiej publiczności? Myślę, że to zdanie należy wyróżnić, a niektórzy mogą pomyśleć, że chcesz głębszego wyjaśnienia.

Szybkie spojrzenie na okulary o swobodnym kształcie, powiedzmy na astygmatyzm, może uprościć twoje pytanie do tych na tej tablicy.

@ cóż, może ogólna publiczność to silny termin. Mam na myśli to, że nie znalazłem niczego oprócz artykułów dla ludzi w tej dziedzinie. Rozumiem zasady kształtowania soczewek dla astygmatyzmu, ale nie mogę się stąd dowiedzieć, w jaki sposób światło odbite od lustra w kształcie siodła jest gromadzone i zapisywane jako niezniekształcony obraz.
Kim posiadacz chce Moniki z powrotem

1
Na kostce dostajesz aperturę 100 mm. Dzięki klasycznej optyce można go „skompresować” przed uruchomieniem, aby otworzyć go w przestrzeni i odepchnąć tył instrumentu dalej od przodu. Dzięki kulistemu projektowi, jak punktowy Maksutov-Cassegrain, kolimacja nie jest aż tak krytyczna, więc myślę, że kolimacja przetrwałaby po uruchomieniu i rozłożeniu. W pełni wdrożony miałby nieco ponad 300 mm długości, nieźle. Teraz masz 100 mm apertury nad atmosferą, wolną od zanieczyszczeń światłem, zdolną do bardzo długiego czasu ekspozycji. Powiedziałbym, że przydałoby się, możesz zrobić z nim trochę badań.
Florin Andrei,

1
Jeszcze lepiej, spójrz na zasadę dotyczącą dodatku Hyperstar do SCT. Zapewnia niezwykle szybki współczynnik ogniskowej f / 2. Wymaga tylko głównego lustra i korektora przed kamerą. W połączeniu z brakiem zanieczyszczenia światłem i bardzo długimi czasami ekspozycji umożliwiającymi to, współczynnik ogniskowej f / 2 może naprawdę osiągnąć coś ciekawego, z pov badań Nie wiele mocy rozdzielczej przy aperturze 100 mm, ale rp nie jest wszystko. Instrument f / 2 w próżni byłby w stanie bardzo dobrze widzieć bardzo słabo wysunięte obiekty (jak niektóre mgławice).
Florin Andrei,

Odpowiedzi:


9

Swobodne układy optyczne są odpowiedzią na szczególne wyzwanie stłoczenia teleskopu w bardzo ograniczonej przestrzeni. Tradycyjny instrument miałby całą optykę symetryczną i wyrównaną na tej samej osi. Marnowałoby to dużo miejsca w kostce. Ponadto tradycyjne wzory są zwykle znacznie dłuższe niż szersze; nie pasują dobrze do sześcianu; bardzo trudno jest tworzyć klasyczne instrumenty, które są tak krótkie, jak szerokie.

Ale z dowolną optyką możesz odbijać światło w kilku kierunkach wewnątrz sześcianu. Nadal uzyskasz przyzwoitą ogniskową i wykorzystasz całą dostępną głośność.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Ponieważ światło odbija się od luster pod różnymi kątami niż normalne, nie można używać tradycyjnych symetrycznych kształtów, takich jak paraboliczne, sferyczne itp. Musisz w zasadzie wziąć paraboloidę i zgnieść ją w jednym kierunku, aby działał mniej więcej tak samo jak paraboliczny lustro (upraszczam), ale pod kątem odbicia powiedzmy 45 stopni.

W takim instrumencie możesz mieć wiele lusterek „chipsów ziemniaczanych”, jak na powyższym schemacie. Musisz zaprojektować instrument jako całość; symulacje komputerowe dostosują kształt każdego lustra, dopóki wydajność całego instrumentu nie zbliży się do klasycznej prostej konstrukcji.

O ile mogę powiedzieć, precyzja wykonania jest taka, że ​​optyka o dowolnym kształcie jest użyteczna tylko przy długich długościach fal, takich jak podczerwień, gdzie można zastosować mniej precyzyjną optykę. Ale technologia cały czas się poprawia. To zależy również od tego, ile aberracji możesz tolerować na swoim obrazie.

W przypadku użytkowania z poziomu gruntu jest to mniej przydatne, chyba że z jakiegoś powodu absolutnie potrzebujesz teleskopu w bardzo małej obudowie. Klasyczna optyka jest nadal preferowana, gdy przestrzeń i kształt nie są ograniczone.


To mi trochę pomaga, choć nawet nie jestem w stanie sobie tego wyobrazić. Więc wewnętrzne ściany kostki (która może być również 6U - z 6 jednostek, nie wiem, gdzie jest granica) mają te lusterka w kształcie i nie zakłócają aperatury? Czy siodełko jest głównym lustrem?
Kim posiadacz chce Moniki z powrotem

1
Nie mogę znaleźć dobrego schematu dla projektu cubesat. W każdym razie prawa optyki wymagają posiadania „swobodnych” luster, gdzie kąt odbicia jest daleki od normalnego. Pomysł nie jest zupełnie nowy, jak zwykle w optyce: w Google Schiefspiegler można znaleźć podobny pomysł, chociaż powody są różne; używają zwierciadła toroidalnego do odbicia poza osią bez aberracji.
Florin Andrei,
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.