ОБЗОРНО-БАРЬЕРНЫЙ ТЕЛЕСКОП
SURVEILLANCE AND BARRIER TELESCOPE

Изобретение относится к оптическим астрономическим приборам и может быть использовано для поиска искусственных и естественных небесных объектов, в частности, элементов космического мусора в околоземном космическом пространстве.
Известны два способа поиска объектов. Первый способ применяется при обнаружении неподвижных и малоподвижных объектов. Он заключается в том в том, что прибор проводит последовательный обзор (сканирование) исследуемого пространства и накрывает искомый объект своим полем зрения. Второй способ применяется в случае, когда искомый объект быстро перемещается. Такой объект обнаруживается на барьере в тот момент, когда он пересекает неподвижное поле зрения прибора, реализующее этот барьер. Описание этих способов приведено в книге «Поиск объектов», авторов Абчук В.А., Суздаль В.Г., М., «Сов. Радио», 1977 г., стр. 220-242.
Первый, обзорный, способ поиска, как правило, применяется в современных классических телескопах, содержащих один оптико-приемный канал, построенный на базе крупногабаритного объектива и крупноформатного мозаичного приемника излучения. Объектив и приемник излучения помещены в корпус, который размещается на двухосном опорно-поворотном устройстве (монтировке), обеспечивающем сканирование небесной сферы за счет циклического переброса поля зрения по двум осям. Описание подобного телескопа приведено в статье «Светосильный широкоугольный телескоп АЗТ-33ВМ», авторов С.А. Денисенко и др., опубликованной в журнале «Оптический журнал», №10, 2009 г., стр. 48-51.
Второй, барьерный, способ поиска применяется в специализированных телескопах, предназначенных для обнаружения низкоорбитальных космических объектов, имеющих большую видимую угловую скорость (до 3,2 угл.град./с). Подобный телескоп описан в статье «Окно» в космос», авторов Вельского А.Б. и др., опубликованной в журнале «Воздушно-космическая оборона», №10, 2010 г., стр. 54-61.
Телескоп содержит два идентичных оптико-приемных канала, построенных на базе оптического тракта, составленного из широкопольного объектива и специального волоконно-оптического преобразователя. Входной торец преобразователя состоит из секционированных полос, располагается в фокальной плоскости объектива и создает на небе протяженный оптический барьер прямоугольной формы. Секции полос в выходном торце преобразовываются в квадратный формат, соответствующий квадратному формату светочувствительной поверхности приемника излучения. Оптико-приемные каналы помещены в корпус и размещаются на трехосном опорно-поворотном устройстве таким образом, что протяженность их оптических барьеров складывается. Вращение опорно-поворотного устройства по трем осям обеспечивает выведение визирной оси барьерного телескопа в любую точку небесной сферы и любую ориентацию оптического барьера на небесной сфере.
Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является оптико-электронный комплекс, который предназначен для обнаружения элементов космического мусора и осуществляет поиск объектов во всем диапазоне высот. Оптико-электронный комплекс описан в презентационных материалах «Потенциальная роль оптико-электронных средств ОАО «НПК «СПИ» в обнаружении и мониторинге опасных небесных тел», автор Гришин Е.А., стр. 3-8, опубликованных в сети Интернет по ссылке astronomer.ru/data/…/INASAN-3_PNK_SPP_Grishin.ppt.
Оптико-электронный комплекс содержит оптико-приемные каналы, каждый из которых состоит из помещенных в корпус объектива с приемником излучения. Основной оптико-приемный канал построен на базе крупногабаритного объектива (диаметр входного зрачка 750 мм) с приемником излучения, помещенными в корпус, имеет близкое к квадрату поле зрения (5,4×4,8 кв.град.) и является обзорным, т.е. контролирует неподвижные и малоподвижные космические объекты посредством обзора (сканирования) небесной сферы. Остальные оптико-приемные каналы построены на базе двух среднегабаритных (диаметр входного зрачка 250 мм) и двух малогабаритных (диаметр входного зрачка 50 мм) объективов с приемниками излучения, помещенными в корпуса, и имеют квадратные поля зрения. В данном комплексе крупногабаритный объектив расположен на опорно-поворотном устройстве, выполненном с первой - вертикальной осью, снабженной приводом вертикальной оси, второй - горизонтальной осью, снабженной приводом горизонтальной оси, причем корпус крупногабаритного объектива с приемником излучения установлен на горизонтальной оси двухосного опорно-поворотного устройства. Корпус крупногабаритного объектива с приемником излучения снабжен неподвижной силовой кольцевой конструкцией, жестко закрепленной снаружи корпуса, а среднегабаритные и малогабаритные объективы с приемниками излучения, помещенными в корпуса, неподвижно закреплены снаружи корпуса обзорного объектива с приемником излучения на неподвижной силовой кольцевой конструкции, обеспечивающей достаточную жесткость всей сборки. Поля зрения оптико-приемных каналов попарно соединены таким образом, что на небесной сфере среднегабаритные объективы с приемниками излучения формируют прямоугольное поле зрения размером 14×7 кв.град., малогабаритные объективы с приемниками излучения формируют прямоугольное поле зрения размером 56×28 кв.град. Оптико-приемные каналы с такими полями зрения могут работать как в обзорном, так и барьерном режимах и контролируют космические объекты, движущиеся со средними и большими угловыми скоростями.
Эффективность мониторинга космического пространства определяется количеством вновь обнаруженных космических объектов, которое зависит от производительности поиска. Производительность при обзорном поиске определяется размерами поля зрения и временем, которое отводится на один акт обнаружения и на переброс поля зрения на соседний участок, то есть скоростью обзора. Производительность при барьерном поиске определяется протяженностью оптического барьера и его ориентацией на небесной сфере.
Из-за того, что при барьерном поиске у комплекса отсутствует возможность устанавливать требуемую ориентацию оптических барьеров на небесной сфере, его возможности используются не в полной мере. Даже если визирная ось барьерного оптико-приемного канала будет выведена в зону, где плотность потока контролируемых космических объектов максимальна, но при этом положение барьера не будет перпендикулярно направлению этого потока, производительность комплекса будет низкая.
Задачей заявляемого изобретения является повышение производительности оптико-электронного комплекса при барьерном поиске космических объектов с сохранением высокой производительности при обзорном поиске.
Технический результат - создание обзорно-барьерного телескопа, способного задавать барьерному полю зрения требуемую ориентацию при мониторинге космического пространства на низких высотах.
Это достигается тем, что в обзорно-барьерный телескоп, состоящий из обзорного канала, выполненного из обзорного объектива с обзорным приемником излучения, помещенными в корпус обзорного канала, двухосного опорно-поворотного устройства с первой - вертикальной осью, снабженной приводом вертикальной оси, второй - горизонтальной осью, снабженной приводом горизонтальной оси, причем корпус обзорного канала установлен на горизонтальной оси двухосного опорно-поворотного устройства, неподвижной силовой кольцевой конструкции, жестко закрепленной на корпусе обзорного канала, барьерных каналов, выполненных из барьерных объективов с барьерными приемниками излучения, помещенными в корпуса барьерных каналов и закрепленных снаружи корпуса обзорного канала, в отличие от известного, дополнительно введены подвижная силовая кольцевая конструкция, и привод подвижной силовой кольцевой конструкции, расположенный на корпусе обзорного канала, при этом подвижная силовая кольцевая конструкция установлена на неподвижной силовой кольцевой конструкции с возможностью вращения вокруг корпуса обзорного канала телескопа, а корпуса барьерных каналов закреплены на подвижной силовой кольцевой конструкции с возможностью вращения вместе с подвижной силовой кольцевой конструкцией вокруг корпуса обзорного канала телескопа.
На фиг. 1 изображен обзорно-барьерный телескоп с его обзорным и барьерными полями зрения. На фиг. 2 схематично изображен барьерный оптико-приемный канал с его барьерным полем зрения.
Обзорно-барьерный телескоп (фиг. 1) содержит обзорный оптико-приемный канал и барьерные оптико-приемные каналы. Обзорный оптико-приемный канал состоит из обзорного объектива с обзорным приемником излучения, установленных в корпусе 1 обзорного оптико-приемного канала с обзорным полем зрения 2. Корпус 1 обзорного оптико-приемного канала снабжен неподвижной силовой кольцевой конструкцией 3, по которой перемещается подвижная силовая кольцевая конструкция 4. Между подвижной и неподвижной силовыми кольцевыми конструкциями располагается, например, радиально-упорный подшипник (на фиг. 1 не показан). Вращение подвижной силовой кольцевой конструкции обеспечивается приводом, включающим, например, в данном варианте исполнения, зубчатый обод 5, зубчатое колесо 6 и электродвигатель 7. Барьерные оптико-приемные каналы состоят из барьерных объективов с барьерными приемниками излучения, установленными в корпусе 8 первого барьерного оптико-приемного канала и в и корпусе 9 второго барьерного оптико-приемного канала. Барьерные оптико-приемные каналы имеют барьерное поле зрения 10 и барьерное поле зрения 11 соответственно. Корпуса 8, 9 барьерных оптико-приемных каналов закреплены на подвижной силовой кольцевой конструкции 4 таким образом, что поля зрения 10, 11 стыкуются узкими сторонами, образуя протяженное суммарное барьерное поле зрения обзорно-барьерного телескопа. Корпус 1 обзорного оптико-приемного канала вместе с неподвижной силовой кольцевой конструкцией 3, подвижной силовой кольцевой конструкцией 4, зубчатым ободом 5, зубчатым колесом 6, электродвигателем 7, корпусами 8, 9 барьерных оптико-приемных каналов размещен на двухосном опорно-поворотном устройстве 12, выполненном с вертикальной осью 13 и горизонтальной осью 14. На вертикальной оси 13 установлен привод 15 вертикальной оси 13, на горизонтальной оси 14 установлен привод 16 горизонтальной оси 14. Вращение осей 13, 14 обеспечивается приводом 15 вертикальной оси 13 и приводом 16 горизонтальной оси 14 соответственно.
2
2
2
2
2
Барьерный объектив 17 и барьерный приемник излучения 18, выполненный мозаичным (фиг.2), установленные в корпусе 8, формируют на небесной сфере барьерное поле зрения 10. Мозаичный барьерный приемник излучения 18 реализуется, например, двумя матрицами CCD42-90, каждая из которых имеет формат 4608×2048 элементов, размер пикселя 13.5×13.5 мкм и, соответственно, размер светочувствительной поверхности 62,2×27.6 мм. Светочувствительная поверхность барьерного приемника излучения 18, составленная из двух таких матриц, имеет размер 124,4×27,6 мм. В качестве барьерного объектива 17 применяется, например, широкопольный объектив с диаметром входного зрачка 120 мм и фокусным расстоянием 210 мм. При таком выполнении один барьерный оптико-приемный канал имеет поле зрения 30,6×7,5 град, а барьерное поле зрения телескопа в целом составляет 61,2×7,5 град.
Обзорно-барьерный телескоп работает следующим образом. При поиске высокоорбитальных и среднеорбитальных космических объектов основным работающим каналом является обзорный оптико-приемный канал с обзорным объективом и обзорным приемником излучения, установленными в корпус 1 обзорного канала. За счет вращения вертикальной оси 13 и горизонтальной оси 14 опорно-поворотного устройства 12 обзорное поле зрения 2 выводится в заданную область небесной сферы и включается процесс сканирования, представляющий собой следующую последовательность действий: акт обнаружения - переброс визирной оси на угол, равный полю зрения, - акт обнаружения - переброс визирной оси на угол, равный полю зрения, и т.д. При этом визирная ось может перебрасываться как за счет вращения одной оси опорно-поворотного устройства (вертикальной оси 12 или горизонтальной оси 14), так и за счет одновременного вращения обеих осей.
При поиске низкоорбитальных космических объектов основными работающими каналами являются барьерные оптико-приемные каналы с барьерными объективами и барьерными приемниками излучения, установленными в корпуса 8,9 барьерных каналов. За счет вращения вертикальной оси 13 и горизонтальной оси 14 опорно-поворотного устройства 12 барьерное поле зрения обзорно-барьерного телескопа выводится в заданную область небесной сферы. За счет срабатывания привода, включающего зубчатый обод 5, зубчатое колесо 6 и электродвигатель 7, барьерное поле зрения разворачивается таким образом, чтобы ориентация оптического барьера была перпендикулярна направлению максимального потока космических объектов. После достижения заданной ориентации включается процесс обнаружения: акт обнаружения - акт обнаружения - акт обнаружения и т.д.
Возможность задавать барьерному полю зрения требуемую ориентацию позволяет максимизировать количество обнаруживаемых низкоорбитальных объектов.