Оптическая система для малогабаритного космического аппарата дистанционного зондирования Земли формата CubeSat

Аннотация

Рассмотрена актуальность создания малогабаритных оптических систем высокого разрешения для малых космических аппаратов. Приведено описание текущего состояния отечественных и зарубежных средств дистанционного зондирования Земли формата CubeSat, подтвердившее необходимость разработки отечественных многосоставных спутниковых группировок. В отличие от крупногабаритных космических аппаратов формат CubeSat подразумевает исполнение спутников микроформата. В целях сокращения габаритных размеров системы и минимизации влияния хроматических аберраций на качество изображения при выборе компонентов оптической схемы, как правило, отдают предпочтение зеркалам. Среди возможных схем построения оптическая схема Ричи --- Кретьена является наиболее перспективной из-за своей простоты, малых габаритных размеров и высоких оптических показателей в широком спектральном диапазоне для спутников формата CubeSat. Приведены основные оптические, технические параметры и характеристики оптических систем для малогабаритных космических аппаратов. Для типовых систем предложена методика расчета и создана имитационная модель, которая позволила оценить качество изображения оптической системы. За критерий оценки качества изображения принято среднеквадратическое значение радиуса пятна рассеяния точки в плоскости изображения. Показано, что оптическая схема Ричи --- Кретьена и ее элементы характеризуются относительной простотой реализации ввиду использования изученных технологий изготовления линзовых и зеркальных элементов при обеспечении высокого качества изображения и требуемых габаритных размеров, что позволяет использовать их при создании многосоставной спутниковой группировки

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Заварзин В.И., Зайцев И.М., Якубовский С.В. Оптическая система для малогабаритного космического аппарата дистанционного зондирования Земли формата CubeSat. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2023, № 3 (144), с. 18--32. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3933-2023-3-18-32

Литература

[1] Гансвинд И.Н. Малые космические аппараты --- новое направление космической деятельности. Международный научно-исследовательский журнал, 2018, № 12, с. 84--91. DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.78.12.053

[2] Remote Sensing Technology. Market estimates and Trend analysis to 2027. San Francisco, Grand View Research, 2020.

[3] Борисов Ю.И. Россия обладает всеми мощностями для серийного изготовления спутников. roscosmos.ru: веб-сайт. URL: https://roscosmos.ru/38511 (дата обращения: 17.11.2022).

[4] Атанов С.К. Проектирование многоспутниковых группировок на базе сверхмалых космических аппаратов. ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2012, Cпец. вып. URL: https://dspace.enu.kz/handle/data/1020 (дата обращения: 20.11.2022).

[5] Flock-1, -1b, -1c, -1d, -1d’, -1e, -1f, -2b, -2e, -2e’, -2k, -2p, -3m, -3p, -3p’, -3r, -3s, -4a, -4e, -4e’, -4p, -4s, -4v, -4x. space.skyrocket.de: веб-сайт. URL: https://space.skyrocket.de/doc_sdat/flock-1.htm (дата обращения: 12.09.2022).

[6] Landmapper-HD 1, ..., 20 (Corvus-HD). space.skyrocket.de: веб-сайт. URL: https://space.skyrocket.de/doc_sdat/landmapper-hd.htm (дата обращения: 29.09.2022).

[7] Бакланов А.И. Анализ состояния и тенденции развития систем наблюдения высокого и сверхвысокого разрешения. Вестник СГАУ, 2010, № 2, с. 80--91.

[8] Зимин И.И., Валов М.В., Кириллов В.А. Перспективы развития малых космических аппаратов АО "ИСС". Наукоемкие технологии, 2018, т. 19, № 12, с. 48--55.

[9] Зайцев И.М., Морозов С.А. Схемотехнические решения ОЭА ДЗЗ для МКА формата CubeSat. Матер. XVIII Науч.-техн. конф. "Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли", 2022, с. 71--73.

[10] Зайцев И.М., Якубовский С.В., Оптическая система для малогабаритного космического аппарата дистанционного зондирования Земли формата CubeSat. Молодежь и будущее авиации и космонавтики. М., Перо, 2022, с. 133--134.

[11] Arkhipov S.A., Senik B.N., Zavarzin V.I. Developing and fabricating optical systems for prospective remote-earth-probe spacecraft. J. Opt. Technol., 2013, vol. 80, no. 1, pp. 25--27. DOI: https://doi.org/10.1364/JOT.80.000025

[12] Заварзин В.И., Ли А.В. Расчет центрированного зеркального объектива с эксцентрично расположенным полем изображения. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана Сер. Приборостроение, 2016, № 2 (107), с. 103--116. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3933-2016-2-103-116

[13] Заварзин В.И. Двухзеркальные оптические системы с заданным значением сферической аберрации и требуемым изопланатизмом. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана Сер. Приборостроение, 2003, № 3 (52), с. 29--43.

[14] Software Zemaх 13. Optical design program. User’s manual. Redmond, Radiant Zemax LLC, 2014.

[15] Заварзин В.И., Батшев В.И., Польщикова О.В. Компьютерные технологии и моделирование в оптотехнике. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017.

[16] Zavarzin V.I., Kravchenko S.O., Mitrofanova Y.S. Selection of optical materials to minimize longitudinal chromatic aberration in a prospective broad-coverage medium-resolution multispectral instrument. J. Opt. Technol., 2016, vol.83, no. 10, pp. 593--598. DOI: https://doi.org/10.1364/JOT.83.000593

[17] Парко В.Л., Хацевич Т.Н. Апохроматический объектив без использования особых стекол. Сб. матер. VII Междунар. науч. конг. "ГЕО-Сибирь--2010". Новосибирск, СГГА, 2010, с. 125--129.

[18] Грамматин А.П. Синтез оптических систем, состоящих из линз с апланатическими и изопланатическими поверхностями и бесконечно тонких компонентов. Труды ГОИ, 1981, т. 49, № 183, с. 23--24.

[19] Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем. Л., Машиностроение, 1969.

[20] Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М., Наука, 1973.