НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: Sychev_P.pdf (1072.68Кб)

УДК 520; 389.17	Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана

Главной тенденцией развития оптического телескопостроения всегда было стремление увеличить проницающую способность телескопа. Реальным путем решения данной проблемы является повышение качества получаемого изображения (уменьшение углового размера изображения в реальных условиях действия искажающих факторов) и увеличение диаметра главного зеркала. Этому противодействуют имеющие место в реальных условиях эксплуатации телескопов различные искажающие факторы или помехи, а также усложнение технологии производства крупных зеркал.

Показано, что наиболее эффективным методом борьбы с влиянием искажающих факторов на качество изображения в телескопе является их минимизация (путем выбора места установки телескопа, выбора рациональной оптической схемы, путем создания материалов, новых технологий, совершенствованием конструкции, разгрузкой зеркал, выбором монтировки и т.д.), а затем – адаптивная компенсация оставшихся искажений.

Отмечено, что отечественная концепция построения крупногабаритных телескопов позволяет воспользоваться одним из наиболее эффективных, по нашему мнению, путей создания крупногабаритных телескопов. Он заключается в отказе от создания "абсолютно жесткой и нерасстраиваемой" конструкции, пассивно обеспечивающей отъюстированное состояние оптики телескопа в рабочем режиме работы. Конструкция должна лишь иметь остаточные деформации такого уровня, влияние которых в состоянии эффективно скомпенсировать адаптивная система, использующая в качестве корректора элементы составного главного зеркала и управляемое вторичное зеркало.

Установлено, что в передающих оптических системах для того, чтобы доставить энергию лазерного излучения на удаленный объект, необходимо преодолеть не только искажающее влияние факторов, присущих информационным оптическим системам, но и дополнительно найти пути преодоления целого ряда новых проблем. Определены главные из них. Это -

• влияние лазерного излучения на элементы конструкции и среду распространения и, вследствие этого, – обратное влияние элементов конструкции и среды распространения на ВФ передаваемого излучения;
• отсутствие опорного источника излучения на длине волны передаваемого лазерного излучения, необходимого для осуществления методов адаптивной коррекции искаженного ВФ;
• наличие в передающих системах дополнительных искажающих факторов, присущих только лазерным системам.

К таким искажающим факторам следует отнести:

•  протяженность оптического тракта из-за необходимости пространственного разнесения лазерного источника большой мощности с большим числом согласующих оптических элементов;
•  тепловое самовоздействие мощного лазерного излучения в канале транспортировки излучения до ввода его в формирующую оптическую систему;
•  нестабильность пространственно-временных характеристик самого лазерного источника излучения, ухудшающая условия прохождения излучения как внутри оптического тракта, так и в свободной атмосфере;
• тепловые неоднородности и термодеформации.

Показано, что от активной оптики адаптивные системы отличает то, что коррекция искажений волнового фронта излучения происходит в реальном времени по всей совокупности искажающих факторов (не только по влиянию атмосферы) с быстродействием на порядок превышающем действие самих искажений. При этом оценка качества коррекции производится по критерию качества первичного изображения.

При этом, коррекция непрерывно учитывает информацию о текущих пространственных, температурных, временных и юстировочных параметрах оптической системы, обеспечивая поддержание высокого качества изображения в условиях действия искажающих факторов.

Сформулированы и предложены основные постулаты адаптивной коррекции.

Постулаты представляют собой совокупность утверждений и положений, позволяющая реализовать эффективные средства адаптивной коррекции искажений.

Показано также какие реальные возможности открывает использование методов и средств адаптивной оптики в эффективном использовании энергии лазерного излучения и  какими путями достигается решение этих задач. Прежде всего, это:

• формирование системы допущений и минимизация искажений в оптическом тракте, включающем собственно резонатор лазера, канал транспортировки мощного лазерного излучения с отклоняющими зеркалами, формирующий телескоп с составным главным зеркалом;
• формирование критериев эффективности адаптивных оптических систем;
• многоконтурность системы адаптивной коррекции искажений.

Обсуждены результаты испытаний транспортировки мощного лазерного излучения  на горизонтальной трассе и показан внешний вид формирующей оптической системы испытательного комплексного стенда.

Убедительно доказано, что использование предложенных постулатов при разработке или модернизации оптических комплексов, обеспечивают наименьший уровень остаточных искажений и эффективность работы адаптивных оптических средств.

Предложенные постулаты адаптивной коррекции ВФ излучения и положительный опыт их использования в полномасштабных оптических комплексах в значительной степени сократят сроки и финансовые затраты при создании эффективных средств наблюдения за удаленными объектами, а также средств формирования и доставки энергии на космические объекты для различного ее использования – энергообеспечения, связи, борьбы с космическим мусором, обеспечением астероидной безопасности и т.д.

Можно сделать вывод, что состояние отечественной оптической науки, ее потенциал в области создания адаптивных средств формирования и транспортировки мощного лазерного излучения, а также полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований, вселяют обоснованную надежду на создание в будущем высокоэффективных крупногабаритных оптико-электронных средств различного назначения.

Список литературы

1. Сычев В.В. Адаптивные оптические системы в крупногабаритном телескопостроении: монография. Старый Оскол: Изд-во «Тонкие наукоемкие технологии», 2005. 464 с.
2. Сычев В.В. Метод определения информационной емкости изображения в крупногабаритных телескопах // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 4. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/413768.html (дата обращения 01.02.2014).
3. Sychev V.V., Belkin N.D., Deulin E.A. The problems of the 25-m class supertelescope designing // Proc. SPIE. 2000. Vol. 4004. P. 330-339. DOI: 10.1117/12.393939
4. Сычев В.В. Влияние атмосферы на качество изображения в оптических телескопах // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 5. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/414002.html (дата обращения 01.02.2014). DOI: 10.7463/0512.0414002
5. Стешенко Н.В., Сычев В.В. Адаптивные оптические системы в крупногабаритном телескопостроении // Итоги науки и техники. Сер. "Управление пространственной структурой оптического излучения". М.: ВИНИТИ. 1990. Т. 1: Проблемы управления пространственной структурой световых пучков. С. 107-167.
6. Теребиж В.Ю. Современные оптические телескопы: монография. М.: Физматлит, 2005. 65 с.
7. Adaptive optics tutorial at CTIO. Режим доступа: http://www.ctio.noao.edu/~atokovin/tutorial/intro.html (дата обращения 01.02.2014).
8. Correcting the turbulence: Deformable Mirrors. Режим доступа: http://www.ctio.noao.edu/~atokovin/tutorial/part2/dm.html (дата обращения 01.02.2014).
9. Belousova I.M., Bulaev V.D., Grigorev V.A., Gorshkov A., Leonov S.N., Kiselev V.Y., Krugletsov V.V., Kuryapin A.I., Novoselov N.A., Sychev V.V., Smirnov V.A., Shakhonskii N.N., Khramtsov Yu.I. Complex Studies of Formation and Transportation of High-Power CO₂ Laser Radiation along a Horizontal Atmospheric Path // Proc. SPIE. 1994. Vol. 2096. P. 14-20. DOI: 10.1117/12.183121
10. Протопопов В.В., Устинов Н.Д. Инфракрасные лазерные локационные системы. М.: Воениздат, 1987. С. 125-145.