дата: 12.08.2017

Новая технология позволит сократить размеры наземных и космических телескопов следующего поколения

Телескопы, основной астрономический инструмент человечества, не претерпевали кардинальных изменений принципов их функционирования на протяжении 400 лет. Однако, благодаря реализации проекта Segmented Planar Imaging Detector for Electro-optical Reconnaissance (SPIDER), который является частью более масштабной программы Управления перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA, разработана новая технология, которая позволит заменить большие и громоздкие линзы и зеркала более компактными узлами. Использование этих оптических узлов, разработанных специалистами компании Lockheed Martin, в состав которых входит множество миниатюрных светопреломляющих элементов, позволит сократить размеры телескопов следующего поколения в 10-100 раз.

Базовая конструкция и принципы работы телескопа, по сути, оставалась неизменной, начиная с момента изобретения этого устройства в 1608 году. Большая передняя линза фокусирует свет и направляет его в сторону тыловой меньшей линзы, которая формирует изображение. За последнее столетие конструкция телескопа претерпела множество модернизаций, но основное препятствие, мешающее увеличению возможностей таких телескопов, так и осталось неразрешенным. И заключается оно в том, что для того, чтобы сделать телескоп более мощным, требуется увеличение размеров и, соответственно, веса, передней основной линзы.

Проблема заключается в том, что процесс изготовления оптических линз является медленным процессом, требующим необычайно высокой точности, и на изготовление основных линз больших телескопов могут потребоваться годы времени. Кроме этого, стеклянные линзы имеют тенденцию прогибаться под воздействием силы тяжести, они не являются полностью прозрачными для света с определенными длинами волн и у них всегда присутствует некий уровень остаточных цветовых и сферических искажений. Все это является причиной того, что самый большой преломляющий телескоп на сегодняшний день имеет линзу, диаметром в 100 сантиметров, он находится в Йеркской обсерватории и он был построен в 1895 году.

Разработанная специалистами компании Lockheed Martin и учеными из Калифорнийского университета в Дэвисе технология SPIDER, позволяет заменить одну большую линзу телескопа множеством крошечных линз по аналогии с фасетчатыми глазами насекомых. Каждая крошечная линза фокусирует свет на поверхности датчиков, кремниевых фотонных интегральных схем. Таким образом один телескоп превращается в множество микроскопических отдельных камер.

Ключевым моментом технологии SPIDER является то, что для своей работы она использует принципы интерферометрии. Обычно такие принципы используются астрономами при помощи нескольких оптических или радиотелескопов, находящихся на удалении друг от друга, которые аппаратным и программным путем объединяются в один огромный телескоп. Используя данные об амплитуде и фазе принимаемых радиосигналов или света, ученые могут получать изображения с намного большей разрешающей способностью, нежели изображения, получаемые при помощи одного единственного телескопа.

Специалисты компании Lockheed Martin использовали тот же самый принцип, но только в намного меньших масштабах. В результате у них получился достаточно компактный и легкий телескоп, который можно устанавливать на стандартной платформе космических аппаратов.

«Используя самые современные технологии, мы создали интерферометрическую матрицу, которая обеспечивает разрешающую способность, сопоставимую с разрешающей способностью матриц качественных цифровых фотокамер» — рассказывает Алан Дункан (Alan Duncan), старший научный сотрудник компании Lockheed Martin.

Крошечные линзы отдельных элементов матрицы SPIDER не требуют столь тщательной и точной обработки, как линзы телескопов. Для получения разрешающей способности, соответствующей, к примеру, разрешающей способности 100-сантиметрового телескопа, матрица SPIDER должна иметь такие же размеры. Но матрица SPIDER будет настолько тонка, что суммарная экономия места и веса может составлять до 99 процентов. Кроме этого, для изготовления оптических компонентов матрицы SPIDER требуется несколько недель, а не лет.

Телескоп, основанный на матрицах SPIDER, является плоской конструкцией, которая может иметь круглую, шестиугольную или более сложную форму для того, чтобы его можно было установить на поверхности космического корабля, к примеру. В настоящее время технология SPIDER находится на ранней стадии ее реализации и для ее доведения до уровня практического применения может потребоваться до 5-10 лет.

«Технология SPIDER обладает потенциалом, который позволит в будущем делать захватывающие открытия. Ведь ничего не будет мешать поместить компактные высококачественные системы на орбиты таких планет, как Сатурн и Юпитер» — рассказывает Алан Дункан, — «С учетом сокращения размеров и веса телескопов в 10-100 раз в космос можно будет запускать большее количество астрономических инструментов, которые позволят ученым обнаружить массу нового и интересного».

Источник: dailytechinfo.org

This article was written by admin

Добавить комментарий