Мультиспектральная оптико-электронная камера для микро- и нанокосмических аппаратов

Полезная модель относится к оптике и к космической технике, и может быть использована в космических аппаратах дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) микро- и нанокласса.
Уровень техники.
Известен телескоп содержащий оптические элементы, составляющие оптическую схему зеркально-линзового осевого объектива с некруглой апертурой, включающие в себя собирающую входную линзу, вогнутое главное зеркало-линзу, выпуклое вторичное зеркало и предфокальный двухлинзовый корректор, при этом вторичное выпуклое зеркало размещено непосредственно в центре входной линзы таким образом, чтобы плоскость изображения находилась вблизи от задней поверхности крепежной системы главного зеркала, а предфокальный двухлинзовый корректор размещен в центре главного зеркала-линзы, при этом в главном зеркале-линзе и вторичном зеркале установлены внутренние бленды; оптомеханическую конструкцию, состоящую из боковых стоек, шпангоута, размещенного на нем держателя главного зеркала-линзы, предфокального двухлинзового корректора и бленды главного зеркала-линзы, причем внутри держателя размещен предфокальный двухлинзовый корректор, а на внешней стороне держателя закреплены главное зеркало-линза и бленда главного зеркала-линзы, причем на внешнем торце держателя в фокусе оптической схемы размещен фотоприемник электронного сенсора, при этом сборка входной линзы со вторичным зеркалом и сборка главного зеркала-линзы с предфокальным корректором соединены боковыми стойками, причем со стороны главного зеркала-линзы боковые стойки закреплены на шпангоуте, а со стороны входной линзы закреплены на держателе входной линзы, при этом вторичное зеркало закреплено к входной линзе посредством держателя вторичного зеркала и бленды вторичного зеркала и фотоприемник электронного сенсора, размещенный на держателе главного зеркала-линзы непосредственно за предфокальным корректором в фокусе оптической схемы. (Патент на изобретение РФ №2 646 418, опубликовано 05.03.2018 Бюл. №7). Недостатком известного решения является нарушение совместимости по магнитному моменту при установке камеры на спутник вследствие использования в конструкции камеры инвара.
Наиболее близким техническим решением является объектив съемочной системы дистанционного зондирования Земли высокого разрешения видимого и ближнего ИК диапазонов для космических аппаратов микро-класса, состоящий из оптических элементов, состоящих из главного вогнутого зеркала, вторичного выпуклого зеркала , трехлинзового предфокального корректора полевых аберраций, на котором установлена бленда конической формы, и оптомеханической конструкции, состоящей из плиты-основания, на которой с одной стороны установлено цилиндрическое основание-тубус с линзовым корректором полевых аберраций внутри, при этом на внешней поверхности основания-тубуса установлено главное зеркало, внутри объектива установлены спицы, зафиксированные на основание-тубусе, на противоположном конце которых закреплен узел вторичного зеркала, с обратной стороны плиты-основания установлен узел фотоприемного устройства, закрепленный на штангах, причем главное вогнутое и вторичное выпуклое зеркала, а также спицы крепления вторичного зеркала, штанги крепления узла фотоприемного устройства и цилиндрическое основание-тубус выполнены из спеченного карбида кремния с коэффициентом облегчения до 85%. Крепление главного зеркала осуществляется зажатием через планку с нерабочей стороны главного зеркала с помощью крепёжных винтов-направляющих, проходящих через отверстия в главном зеркале. Длина спиц соответствует расстоянию между вершинами образующих форм оптических поверхностей главного и вторичного зеркал. (Патент на изобретение РФ № 2 702 842, опубликовано 11.10.2019 Бюл.№29) Однако, недостатком заявленного решения является использование малотехнологичного и дорогого материала карбида кремния.
Заявляемая полезная модель направленна на обеспечение мультиспектральной съемки с помощью  конструкции камеры, обладающей высокой стойкостью к перепадам температур и малой массой, при ее размещении на борту космического аппарата микро- и нанокласса. Техническим результатом заявляемой полезной модели является уменьшение термодеформаций, искажающих поверхность элементов оптики в составе камеры при изменении температуры в широком диапазоне.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что мультиспектральная оптико-электронная камера для микро- и нанокосмических аппаратов состоит из модулей первичного и вторичного зеркал, трехлинзового корректора, тубуса, электронного модуля, при этом корпуса модулей первичного и вторичного зеркал, и тубус выполнены из титанового сплава, а корпус модуля электронного блока выполнен из сплава алюминия. Для уменьшения термодеформаций, искажающих оптическую поверхность, соединение корпуса модуля первичного зеркала и корпуса электронного блока осуществляется с зазором посредством биподов, выполненных из титанового сплава, а оптические элементы выполнены из оптического стекла марки К8.
Полезная модель представлена на следующих фигурах чертежей:
Фиг.1, где
1- первичное зеркало;
2- вторичное зеркало;
3- трехлинзовый корректор;
4- корпус модуля первичного зеркала;
5- тубус;
6- корпус модуля вторичного зеркала;
7- корпус электронного модуля;
8- бипод;
9- посадочная поверхность бипода  на корпус электронного модуля;
10- посадочная поверхность бипода  на корпус модуля первичного зеркала;
11- установочная поверхность;
12- крышка корпуса электронного модуля;
Фиг.2, где
4- корпус модуля первичного зеркала;
5- тубус;
6- корпус модуля вторичного зеркала;
7- корпус электронного модуля;
8- бипод;
13- винты крепления бипода  на корпус электронного модуля ;
14- винты крепления бипода  на корпус модуля первичного зеркала ;
15- винты крепления тубуса на корпус модуля первичного зеркала;
16- винты крепления корпуса модуля вторичного зеркала на тубус.
Раскрытие полезной модели.
-6
-1
-6
-1
Мультиспектральная оптико-электронная камера для микро- и нанокосмических аппаратов состоит из модулей первичного, вторичного зеркал, трехлинзового корректора, тубуса и электронного модуля. Модуль первичного зеркала состоит из оптических элементов: первичного зеркала асферической формы 1 (фиг.1). Оптические элементы выполнены из стекла марки К8. Оптические элементы размещены в корпусе модуля первичного зеркала 4 (фиг.1), выполненного из титанового сплава. Первичное зеркало закреплено при помощи трех элементов гибкого крепления, установленных по торцу зеркала по трехточечной схеме крепления к жесткому основанию модуля первичного зеркала. Модуль вторичного зеркала состоит из оптического элемента: вторичного зеркала асферической формы 2 (фиг.1). Вторичное зеркало закреплено в корпусе 6 (фиг.1) модуля вторичного зеркала, выполненного из титанового сплава при помощи соединительного штыря и жесткого основания вторичного зеркала в виде «паука». Модуль первичного и вторичного зеркал соединены жестким тубусом 5 (фиг.1) с элементами присоединения 15, 16 (фиг.2) выполненным из титанового сплава. В качестве титанового сплава может быть применен сплав ВТ1-0, имеющий ТКЛР (температурный коэффициент линейного расширения) 8,2⋅10 К. Все оптические элементы выполнены из оптического стекла К-8 с ТКЛР 7,1⋅10 К.
Такое сочетание материалов оптических элементов и корпусов модулей с близкими показателями ТКЛР обеспечивает уменьшение термодеформаций, искажающих оптическую поверхность при изменении температуры в широком диапазоне. Сравнительные характеристики материалов приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Основные характеристики материалов
Наименование характеристики
Значение
ВТ1-0
К-8
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
4520
2520
Модуль упругости, ГПа
112
82,3
Предел прочности при растяжении, МПа
390
105
Предел текучести, МПа
340
80
Температурный коэффициент линейного расширения, К<sup>-1</sup>
8,2⋅10<sup>-6</sup>
7,1⋅10<sup>-6</sup>
Теплопроводность, Вт/м⋅К
18,8
1,14
Удельная теплоемкость, Дж/кг⋅град.
858
540
-6
-1
Электронный модуль размещен в корпусе 6 (фиг.1), выполненного из алюминиевого сплава. Электронный модуль состоит из фокального блока, включающего в свой состав платы, с размещенными на них фотоприемной матрицей и микросхем вторичных источников питания. Корпус  электронного модуля выполнен из сплава алюминия, имеющего высокую теплопроводность, что позволяет эффективно отводить тепло от фокального блока. Однако ТКЛР алюминия составляет 23*10 К, что существенно больше ТКЛР титанового сплава, применяемого для корпуса модуля первичного зеркала. Для устранения влияния термодеформаций в процессе нагрева электронного модуля  крепление электронного модуля к модулю первичного зеркала осуществляется с зазором, как показано на разрезе Б (фиг.1), при помощи четырех биподов 8 (фиг.1, фиг.2). Соединительные биподы выполнены в виде пластин из титанового сплава ВТ1-0. Соединительные биподы закрепляются на поверхностях соединяемых модулей при помощи винтов 13, 14 (фиг.2)