ОПТИЧЕСКИЙ ТЕЛЕСКОП

Настоящая полезная модель относится к астрономии и может быть использована для обеспечения надежной эксплуатации оптических систем (оптических телескопов), при проведении долговременных исследований, в частности, и Земли с поверхности Луны.
Лунный орбитальный аппарат LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer), высокочувствительный датчик которого способен обнаружить частицы, размером около микрометра, в 2014 г. обнаружил чрезвычайно разреженную атмосферу Луны (см. Elphic R.C. et аl. The lunar atmosphere and dust environment explorer (LADEE): initial science results // 45th Lunar and Planetary Science Conference. The Woodlands, Texas. March 17-21, 2014). Чрезвычайно разреженная лунная атмосфера практически состоит только из мельчайших разреженных частиц лунной пыли, поднятых с поверхности в результате различных процессов и явлений. Поэтому поверхность Луны «окутана» постоянным облаком разреженной пыли, но частицы пыли настолько редки, что практически не сталкиваются друг с другом. Мельчайшие частицы пыли поднимаются на многокилометровую высоту над поверхностью в результате ударов в поверхность микрометеоритов и более крупных метеоритов и привязаны к Луне силой притяжения. Под воздействием силы притяжения эти частицы лунной пыли со временем опускаются вертикально на поверхность Луны. Поэтому любая оптическая система, устанавливаемая на поверхности Луны, должна быть оснащена системой ее защиты от попадания лунной пыли. Кроме того, должна быть предусмотрена также защита всех щелей механизмов оптического телескопа от попадания опускающейся вертикально лунной пыли, что может, в частности стать причиной повышенной нагрузки и вызвать перегрев его двигателей.
Известен оптический телескоп (см. заявка CN 103630243, МПК G01J 5/00; G01J 5/06; G02B 23/00, опубл. 12.03.2014), содержащий корпус с размещенной в нем оптической системой и поворотную контрольную систему, предназначенную для защиты входного зрачка оптического телескопа от посторонних засветок, параметры настройки которой рассчитываются в зависимости от углов наклона оптической оси оптического телескопа относительно поверхности Земли и наклона посторонних источников света относительно оптической оси и диаметра входного зрачка оптического телескопа.
Недостатком известного оптического телескопа является большие габариты поворотной контрольной системы, а также низкая степень защиты оптического телескопа от лунной пыли.
Известен космический оптический телескоп (см. заявка EP 0950910, МПК B64G 1/36; B64G 1/66; G02B 23/00; G02B 23/16, опубл. 20.10.1999), содержащий корпус с размещенной в нем оптической системой и солнцезащитное устройство, состоящее из стержней, шарнирно расположенных вокруг входного зрачка оптического телескопа и оснащенных гибкой и непрозрачной оболочкой, которая может быть развернута так, чтобы защитить входной зрачок оптического телескопа от посторонних засветок. Противоположные стержни взаимодействуют с внутренней и внешней поверхностью оболочки.
Недостатком известного оптического телескопа является значительные габариты солнцезащитного устройства и низкая степень защиты оптической системы телескопа от лунной пыли.
вх
Известен оптический телескоп (см. патент RU 2536330, МПК G02B 23/00, G02B 17/06, опубл. 20.12.2014), совпадающий с настоящим техническим решением и принятый за прототип. Известный оптический телескоп-прототип включает корпус с размещенной в нем оптической системой, содержащей главное вогнутое гиперболическое зеркало с центральным отверстием, вторичное выпуклое гиперболическое зеркало и фотоприемное устройство (ФПУ), установленное в фокальной плоскости оптического телескопа, и полуцилиндрический солнцезащитный козырек. Солнцезащитный козырек установлен на входном зрачке оптического телескопа с возможностью вращения приводом вокруг оптической оси оптического телескопа. На краях внутренней поверхности полуцилиндрического солнцезащитного козырька установлены солнечные фотоэлементы для подачи сигнала на его привод. Длина L, см, полуцилиндрического солнцезащитного козырька удовлетворяет соотношению: L=D/tgα, см;
вх
где D - диаметр входного зрачка оптического телескопа, см;
7°≤α≤70° - угловое расстояние между направлениями на центр диска Луны и на ближайший к Луне край диска Солнца, град.
На входном зрачке оптического телескопа шарнирно может быть установлено матовое стекло, снабженное приводом. Причем приводы полуцилиндрического солнцезащитного козырька и матового стекла могут быть выполнены в виде шагового электродвигателя.
Известный оптический телескоп-прототип имеет существенный недостаток, а именно: значительные продольные габаритные размеры оптического телескопа и недостаточный уровень его защиты от лунной пыли.
Задачей настоящей полезной модели является создание такого оптического телескопа, устанавливаемого на поверхности Луны, который бы имел уменьшенные продольные габариты при одновременном повышении уровня защиты оптических элементов оптического телескопа от опускающейся вертикально лунной пыли.
Поставленная задача решается тем, что оптический телескоп включает корпус с размещенной в нем оптической системой, содержащей главное вогнутое гиперболическое зеркало с центральным отверстием, вторичное выпуклое гиперболическое зеркало и ФПУ, установленное в фокальной плоскости оптического телескопа, и подвижный козырек, размещенный на корпусе у входного зрачка оптического телескопа параллельно его оптической оси. Новым в оптическом телескопе является снабжение подвижного козырька установленным на корпусе трубы механизмом возвратно-поступательного перемещения подвижного козырька параллельно оптической оси телескопа, при этом величина L, см, возвратно-поступательного перемещения удовлетворяет соотношению:
вх
L=(D+a+b)tgα;
вх
где D - диаметр входного зрачка оптического телескопа, см;
a - расстояние от внешней верхней поверхности подвижного козырька до входного зрачка оптического телескопа, см;
b - расстояние от нижнего края входного зрачка оптического телескопа до нижней наружной поверхности переднего торца корпуса трубы оптического телескопа, см;
α≤75° - угол наклона оптической оси оптического телескопа относительно поверхности Луны;
к
а длина L подвижного козырька равна максимально возможной величине L, а ширина подвижного козырька H, см, удовлетворяет соотношению:
вх
H>D.
Механизм возвратно-поступательного перемещения подвижного козырька может быть снабжен первым приводом, датчиком перемещения и концевыми датчиками. Первый привод выполнен в виде шагового электродвигателя.
На входном зрачке оптического телескопа шарнирно может быть установлено матовое стекло, снабженное вторым приводом, например, в виде шагового электродвигателя.
к
Снабжение подвижного козырька, имеющего указанную выше длину L и ширину H, механизмом возвратно-поступательного перемещения подвижного козырька параллельно оптической оси оптического телескопа на расстояние, удовлетворяющее приведенному выше соотношению, позволяет уменьшить продольные габариты оптического телескопа как в рабочем его положении, так и в нерабочем, а также при его транспортировке, в частности на Луну, и одновременно обеспечить надежную и полную защиту от лунной пыли оптических элементов оптического телескопа. В нерабочем положении оптического телескопа и при его транспортировке, в частности на Луну подвижный козырек задвигается в пределы корпуса трубы и тем самым его продольные габариты доводятся до безкозырькового состояния.
Сущность заявляемой полезной модели и возможность ее практической реализации поясняется приведенным ниже описанием и чертежами.
На фиг. 1 изображен общий вид настоящего оптического телескопа в продольном разрезе с откинутым матовым стеклом;
на фиг. 2 показан настоящий оптический телескоп в разрезе по А-А.
Оптический телескоп (фиг. 1, фиг. 2) состоит из корпуса 1 в виде полого герметичного цилиндра, в котором размещена оптическая система, состоящая из главного вогнутого гиперболического зеркала 2 с центральным отверстием 3, вторичного выпуклого гиперболического зеркала 4 и ФПУ 5, установленного в фокальной плоскости оптического телескопа. Корпус 1 устанавливают на поверхности 6 Луны с помощью определенной заданной монтировки 7. ФПУ 5 может быть выполнено, например, в виде фоточувствительной матрицы. Над входным зрачком 8 оптического телескопа параллельно его оптической оси установлен подвижный козырек 9, имеющий в поперечном сечении обтекаемую форму, обеспечивающую стекание поступающей вертикально лунной пыли на поверхность 6 Луны, например, форму части цилиндра, или части овала, или части параболоида и др. Подвижный козырек 9 соединен с установленным на корпусе 1 механизмом 10 возвратно-поступательного перемещения подвижного козырька 9 вдоль поверхности корпуса 1 оптического телескопа (параллельно его оптической оси) и над входным зрачком 8 (на фиг. 1 показано пунктиром) на величину L, удовлетворяющую соотношению:
вх
L=(D+a+b)tgα, см,
вх
где D - диаметр входного зрачка 8 оптического телескопа, см;
a - расстояние от внешней верхней поверхности подвижного козырька 9 до входного зрачка 8 оптического телескопа, см;
b - расстояние от нижнего края входного зрачка 8 оптического телескопа до нижней наружной поверхности переднего торца корпуса 1 оптического телескопа, см;
α≤75° - угол наклона оптической оси оптического телескопа относительно поверхности 6 Луны.
к
вх
При этом длина L подвижного козырька равна максимально возможной величине L, а ширина H подвижного козырька, см, удовлетворяет соотношению: H>D.
к
к
Выбор верхней границы угла α обусловлен тем, что при α, большим 75°, величина длины L подвижного козырька 9 оказывается избыточно большой, что технически и экономически нецелесообразно. При меньших, чем указано выше, размерах L и H лунная пыль может попадать на входной зрачок 8 оптического телескопа.
Механизм 10 перемещения подвижного козырька 9 может быть выполнен, например, в виде комбинации направляющей и винта, шарнира и др. и снабжен первым приводом 11 в виде, например, шагового электродвигателя, а также датчиком (на чертеже не показан) перемещения и концевыми датчиками (на чертеже не показаны). Механизм 10 перемещения подвижного козырька 9 может быть подключен к блоку (на чертеже не показан) электроники управления оптическим телескопом для автоматического управления его работой, задавая необходимую величину его перемещения. Дополнительно может иметься матовое стекло 12 (фиг. 1, 2), устанавливаемое на входном зрачке 8 оптического телескопа с помощью шарнира 13 только во время калибровки научной аппаратуры оптического телескопа и в его нерабочем положении и снабженное вторым приводом (на чертеже не показан), например, в виде шагового электродвигателя. Матовое стекло 12 во время научных наблюдений убирают под корпус трубы 1 оптического телескопа (фиг. 2) и фиксируют там. В случае наличия матового стекла 12 подвижный козырек 9 обеспечивает и его надежную защиту от лунной пыли как в рабочем положении оптического телескопа, так и во время калибровки научной аппаратуры и в его нерабочем положении.
Настоящий оптический телескоп работает следующим образом. При транспортировке оптического телескопа, в частности на Луну, и в его нерабочем положении подвижный козырек 9 задвинут в пределы корпуса 1 оптического телескопа, а входной зрачок 8 закрыт герметичной крышкой (на чертеже не показана). После установки оптического телескопа на поверхности 6 Луны в нерабочем состоянии подвижный козырек 9 также задвинут в пределы корпуса трубы 1 оптического телескопа. Перед началом каждого цикла наблюдений определяют максимальную высоту наблюдаемых объектов над лунным горизонтом, т.е. максимальный угол α наклона оптической оси оптического телескопа к поверхности 6 Луны (не более 75°) и через блок (на чертеже не показан) электроники управления оптическим телескопом подают команду механизму 10 возвратно-поступательного перемещения подвижного козырька 9 о выдвижении подвижного козырька 9 от входного зрачка оптического телескопа на соответствующую величину L При изменении угла а в другом цикле наблюдений длину выдвинутой от входного зрачка оптического телескопа части козырька 9 таким же образом соответственно корректируют. После поступления в блок электроники управления оптическим телескопом соответствующего подтверждения выдвижения подвижного козырька 9 на заданную длину выполняют наблюдения по всему данному циклу наблюдений при неизменности установленной величины L В процессе эксплуатации оптического телескопа используется система контроля фотометрических характеристик оптического телескопа, которая осуществляется при направлении телескопа на Землю в период каждой ее полной фазы. Для этого входной зрачок 8 оптического телескопа накрывают матовым стеклом 12, которое будет освещаться полной Землей и создавать равномерный уровень освещенности в плоскости ФПУ 5. Такая ежемесячная калибровка оптического телескопа на поверхности Луны, проводимая в период полной фазы Земли, позволяет следить за состоянием фотометрических характеристик матричного ФПУ. В результате осуществляемой калибровки любое изменение электрического сигнала на выходе ФПУ 5 или каждого его пикселя, при равномерности уровня освещенности принимаемого потока излучения в плоскости ФПУ 5, может быть автоматически учтено введением поправки.
Таким образом, достигается технический результат настоящей полезной модели, а именно, уменьшение продольных габаритов оптического телескопа при одновременном повышении уровня защиты оптических элементов оптического телескопа от лунной пыли, а также доведение продольных габаритов оптического телескопа до безкозырькового состояния в его нерабочем положении и при его транспортировке, в частности на Луну.