КОСМИЧЕСКИЙ ТЕЛЕСКОП

Предлагаемая полезная модель относится к области оптического приборостроения, в частности, к зеркальным и зеркально-линзовым телескопам космического базирования и зрительным трубам и может быть использована для улучшения их технических характеристик.
Все объективы крупногабаритных космических телескопов и зрительных труб состоят из главного, вторичного зеркал, а для широкопольных телескопов - корректора полевых аберраций, установленных в сходящемся ходе лучей перед фокальной плоскостью, и светозащитных бленд. Последние предназначены для экранирования паразитных лучей от объекта, которые попадают на приемник изображения, установленный в фокальной плоскости зеркального линзового объектива, минуя главное и вторичное зеркала. Защита фокальной плоскости от паразитного излучения является чрезвычайно важной, т.к. позволяет исключить снижение контраста изображения, обусловленное паразитным излучением.
Известны цилиндрические бленды [1], установленные перед вторичным зеркалом (ВЗ) и главным зеркалом (ГЗ). Иногда внутренняя поверхность бленды выполняется в виде конических диафрагм [2] для уменьшения бликов, отраженных от внутренней поверхности бленды.
Недостатком такого телескопа является большая длина L цилиндрической бленды.
Ее длина может доходить до размеров, определенных формулой
,
ВЗ
где D, D - диаметры главного и вторичного зеркал;
2y' - линейный размер поля в фокальной плоскости;
d - расстояние между главным и вторичным зеркалами.
Длина такой бленды может составлять (3-5)D и для ее реализации в телескопе приходится усложнять конструкцию, делать бленду складывающейся (телескопической), и тем самым снижать надежность работы телескопа в условиях эксплуатации.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой модели является зеркально-линзовый объектив зрительной трубы телескопа [3], содержащий главное (первичное) и вторичное зеркала, две внутренние бленды, одна из которых установлена перед главным зеркалом, а вторая за вторичным зеркалом, и наружная бленда, размещенная перед объективом.
Недостатком известного технического решения является необходимость установки наружной бленды, длина которой для широкопольных телескопов достаточно велика и может составить порядка (2-3)D.
Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является упрощение конструкции и повышение надежности работы космического телескопа в условиях эксплуатации.
Для решения поставленной задачи предлагается космический телескоп, который, как и прототип, содержит главное (первичное) и вторичное зеркала, оптико-электронный приемник изображения, установленный в фокальной плоскости телескопа, и светозащитные бленды.
В отличие от прототипа светозащитные бленды выполнены в виде n колец конической формы, установленных между главным (первичным) и вторичным зеркалами, оси колец расположены вдоль оптической оси, угол а при вершине сечения конической поверхности удовлетворяет условию:
,
где D - диаметр главного (первичного) зеркала, f' - фокусное расстояние главного (первичного) зеркала, ε - коэффициент центрального
экранирования, при этом вершины конических поверхностей совмещены с фокусом главного (первичного) зеркала.
n
Кроме того, n-ое кольцо конической формы выполнено с толщиной d вдоль оптической оси, равной , где , где
1
n
D - диаметр нерабочей центральной зоны главного (первичного) зеркала, угол при вершине n-го кольца конической формы α удовлетворяет условию:
n
, где l - расстояние от вторичного зеркала до n-го кольца конической формы, d - расстояние между главным (первичным) зеркалом и вторичным зеркалом.
Сущность предлагаемого космического телескопа заключается в выполнении светозащитной бленды в виде колец конической формы, установленных между главным (первичным) и вторичным зеркалами, оси которых расположены вдоль оптической оси, а коническая поверхность, угол α при вершине сечения которой удовлетворяющий условию: , полностью защищает фокальную плоскость от паразитного освещения, т.е. полностью экранирует лучи, идущие к фокальной плоскости, минуя главное и вторичное зеркала, что позволяет исключить длинную, конструктивно сложную наружную бленду.
n
1
n
Выполнение светозащитных бленд в виде n колец конической формы с d вдоль оптической оси, равной , где , где D - нерабочая центральная зона главного (первичного) зеркала, угол при вершине n-го кольца конической формы α удовлетворяет условию:
n
, где l - расстояние от вторичного зеркала до n-го кольца конической формы, d - расстояние между главным (первичным)
зеркалом и вторичным зеркалом позволяет минизировать виньетирование рабочего излучения коническими кольцами.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков предлагаемого космического телескопа позволяет решить поставленную задачу.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 - представлена общая оптическая схема космического телескопа.
Оптическая схема космического телескопа состоит из главного (первичного) зеркала 1, вторичного зеркала 2, оптико-электронного приемника 3 и n светозащитных бленд конической формы 4.
В пределах углового поля телескопа могут быть паразитные лучи 5.
Лучи 6 - рабочие лучи, отражаются от главного зеркала 1.
Оси колец расположены вдоль оптической оси аа, угол α при вершине сечения конической поверхности удовлетворяет условию: , где D - диаметр главного зеркала, f' - фокусное расстояние главного зеркала, ε - коэффициент центрального экранирования.
Вершины всех конических колец совмещены с точкой F - фокусом главного зеркала.
n
1
n
Толщина n-го кольца конической формы d вдоль оптической оси, равна , где , где D - нерабочая центральная зона главного (первичного) зеркала, угол при вершине n-го кольца конической формы α удовлетворяет условию:
n
, где l - расстояние от вторичного зеркала до n-го кольца конической формы, d - расстояние между главным (первичным) зеркалом и вторичным зеркалом.
Работа космического телескопа осуществляется следующим образом.
Лучи, исходящие от бесконечно удаленного объекта после отражения от главного зеркала 1 и вторичного зеркала 2 формируются на оптико-электронном приемнике 3. Размеры оптико-электронного приемника 3-2y' определяют рабочее угловое поле телескопа 2β, определяемое как .
В пределах этого углового поля могут быть лучи 5, которые, минуя главное и вторичное зеркала, непосредственно падают на оптико-электронный приемник 3. Это паразитные лучи. Светозащитные кольца конической формы 5 экранируют их и не допускают их попадания на оптико-электронный приемник 3.
Рабочие лучи, например, 6 после отражения от главного зеркала идут вдоль конической поверхности, толщина стенки которой t мала, и виньетирование рабочего излучения минимально.
Это условие обеспечивается совмещением вершин конических поверхностей с фокусом F главного зеркала и выбором угла α из условия:
, где D - диаметр главного зеркала, f' - его фокусное расстояние, ε - коэффициент центрального экранирования.
n
1
n
Толщина d n-ого кольца конической формы вдоль оптической оси, равна: , где , где D - нерабочая центральная зона главного (первичного) зеркала, угол при вершине n-го кольца конической формы α удовлетворяет условию:
n
, где l - расстояние от вторичного зеркала до n-го кольца конической формы, d - расстояние между главным (первичным) зеркалом и вторичным зеркалом.
Выбор указанных параметров колец позволяет полностью исключить попадание паразитного излучения на оптико-электронный приемник 3.
Прилагается расчет оптической схемы космического телескопа со следующими параметрами:
D=1500 мм
f'=5000 мм
d=3333 мм
D<sub>1</sub>=550 мм
ε=0,33
0,1<tgα<0,3
Количество колец конической формы n=11
n<sub>1</sub>=1
tg α<sub>1</sub>=0,3
d<sub>1</sub>=167 мм
При расчете принято
n<sub>2</sub>=2
tg α<sub>2</sub>=0,27
d<sub>2</sub>=185 мм
l<sub>n+1</sub>=l<sub>n</sub>+d<sub>n</sub>
n<sub>3</sub>=3
tg α<sub>3</sub>=0,25
d<sub>3</sub>=200 мм
n<sub>4</sub>=4
tg α<sub>4</sub>=0,21
d<sub>4</sub>=240 мм
n<sub>5</sub>=5
tg α<sub>5</sub>=0,19
d<sub>5</sub>=263 мм
n<sub>6</sub>=6
tg α<sub>6</sub>=0,17
d<sub>6</sub>=294 мм
n<sub>7</sub>=7
tg α<sub>7</sub>=0,15
d<sub>7</sub>=325 мм
n<sub>8</sub>=8
tg α<sub>8</sub>=0,14
d<sub>8</sub>=358 мм
n<sub>9</sub>=9
tg α<sub>9</sub>=0,13
d<sub>2</sub>=385 мм
n<sub>10</sub>=10
tg α<sub>10</sub>=0,11
d<sub>10</sub>=431 мм
n<sub>11</sub>=11
tg α<sub>11</sub>=0,10
d<sub>11</sub>=500 мм
Расчеты показывают, что светозащитные бленды полностью устраняют попадание паразитных лучей в плоскость оптико-электронного приемника, исключая возникновение рассеянного света.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Михельсон Н.Н. Оптические телескопы. Теория и конструкция, изд. Наука, 1976 г.
2. Российская Федерация, патент на изобретение №2073903, МПК: 6 G03B 11/04, 1997 г.
3. Российская Федерация, патент на изобретение №2037857, МПК: 6 G02В 23/00, 1995 г. - прототип.