АСФЕРИЧНІ ДВОДЗЕРКАЛЬНІ ОБ’ЄКТИВИ НАНОСУПУТНИКІВ ДЛЯ ДИСТАНЦІЙНОГО ЗОНДУВАННЯ ЗЕМЛІ ТА ПОШУКУ КОРИСНИХ КОПАЛИН
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.65(1).2023.283200Ключові слова:
наносупутник, CubeSat, дистанційне зондування Землі, об’єктив-рефлектор, телескоп Річі-Кретьєна, дисторсія, абераціїАнотація
Оптична система об’єктива є однією з важливих складових частин будь-якого космічного супутника, що використовується для спостереження поверхні Землі або астрономічних об’єктів. Через малий загальний розмір наносупутників в них часто застосовують лінзові об’єктиви з відносно невеликою фокусною відстанню. Останнє забезпечує достатньо широке поле зору, але обмежує просторову роздільну здатність отриманих зображень. Крім того, для вирішення задач сільського господарства та геодезії важливо отримувати фотознімки земної поверхні в різних спектральних діапазонах. Ця обставина обмежує застосування розповсюджених комерційних фотооб’єктивів, скоригованих для видимого спектрального діапазону.
У цій статті представлено результати автоматизованого параметричного синтезу центрованої і децентрованої асферичних оптичних систем дзеркальних об’єктивів, побудованих за схемою Річі-Кретьєна. Отримані оптичні системи мають фокусну відстань 547 мм, квадратну вхідну апертуру 80×80 мм та осьову довжину, що не перевищує розмір CubeSat 2U. Кутове поле зору об’єктивів, яке дорівнює 0,7° по діагоналі, дозволяє використовувати сучасні матричні приймачі зображення з діагоналлю чутливої площадки до 6,7 мм. Для осьового пучка 90 % енергії випромінення потрапляє в квадратну ділянку зображення зі стороною 2,5 мкм. Максимальне значення відносної дисторсії не перевищує 0,4 %. Розглянуті дзеркальні системи не мають хроматичних аберацій, що дозволяє отримувати зображення високої якості не лише у видимому спектральному діапазоні, але й в декількох інфрачервоних піддіапазонах.
Наведені результати абераційного аналізу свідчать про високу якість зображення, досягнуту в обох варіантах. Представлені оптичні системи здатні охопити прямокутну ділянку земної поверхні з діагональним розміром біля 7,9 км з висоти траси супутника 650 км. При використанні багатоелементного приймача випромінення з розміром пікселів 3 мкм, геометрична проєкція одного пікселя на земну поверхню становитиме 3,6 м.
Посилання
E. L. Shkolnik, “On the verge of an astronomy CubeSat revolution,” Nature Astronomy, vol. 2, is. 5, pp. 374–378, 2018. DOI: 10.1038/s41550-018-0438-8.
E. E. Areda, J. R. Cordova-Alarcon, H. Masui, and M. Cho, “Development of Innovative CubeSat Platform for Mass Production”, Applied Sciences, vol. 12, no. 18, p. 9087, Sep. 2022. DOI: 10.3390/app12189087
Ho Jin, Juhee Lim, Youngju Kim, and Sanghyuk Kim, “Optical Design of a Reflecting Telescope for CubeSat,” Journal of the Optical Society of Korea, vol. 17, is. 6, pp. 533-537, 2013. DOI: 10.3807/JOSK.2013.17.6.533.
J. A. Ashcraft, et al. “The versatile CubeSat Tele-scope: going to large apertures in small space-craft,” Proc. SPIE. UV/Optical/IR Space Telescopes and Instruments: Innovative Technologies and Concepts X. 11819, 2021. DOI: 10.1117/12.2594884.
E. Muslimov, et al. “А fast, wide-field and distortion-free telescope with curved detectors for sur-veys at ultra-low surface brightness”, Appl. Opt., 56(31). pp. 8639-8647, 2017. DOI: 10.1364/AO.56.008639.
Qingyu Meng, Hongyuan Wang, Kejun Wang, Yan Wang, Zhenhua Ji, and Dong Wang, "Off-axis three-mirror freeform telescope with a large linear field of view based on an integration mirror," Appl. Opt., vol. 55, is. 32, pp. 8962-8970, 2016. DOI: 10.1364/AO.55.008962.
Tong Yang, Guo-Fan Jin and Jun Zhu, “Automated design of freeform imaging systems”, Light: Science & Applications, vol. 6, is. 10, e17081, 2017. DOI: 10.1038/lsa.2017.81.
R. Guzmán, et al. “A compact multispectral imager for the MANTIS mission 12U CubeSat”, Proc. of SPIE, vol. 11505, 1150507, 2020. DOI: 10.1117/12.2568080.
Dovgiy S. O., Lyalko V. I., Babiichuk S. M., Kuchma T. L., Tomchenko O. V., Yurkiv L. Ya. Fundamentals of remote sensing of the Earth: history and practical application: training manual. Kyiv, Institute of the Gifted Child of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2019. 316 p. (in Ukrainian).
Kokhan S. S., Vostokov A. B. Remote monitoring of land resources. Education manual. Kyiv, CP "COMPRINT", 2018. 264 p. (in Ukrainian).
Chetverikov B.V., Kalynich I.V. Methodology for the use of remote sensing data in the assessment of the consequences of emergency situations. Lviv: Publishing House of Lviv Polytechnic, 2022, 120 p. (in Ukrainian).
Sokurenko V. M., Bondarchuk D. P., “Automated parametric synthesis of a lens with reduced distortion,” Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., 2018, is. 56(2), pp. 18-24 (in Ukrainian).
Sokurenko V. M., Valulenko M. M. “Automated design of eyepieces with diffractive optical elements,” Bulletin of Khmelnytsky National University: Technical Sciences, no 1 (257), pp. 107-112, 2018. (in Ukrainian).
Sokurenko V. M., Smazhko I. O. “Automated design of the optical system of a SWIR-lens,” Bulletin of Khmelnytsky National University: Technical Sciences, no 1 (279), pp. 202-205, 2019.DOI: 10.31891/2307-5732-2019-279-6-202-205. (in Ukrainian).
Sokurenko V. M., Khutorovyi I. T., Sokurenko O. M. “Development of optical systems of 16-lens orthoscopic telephoto objectives,” Bulletin of Khmelnytsky National University: Technical Sciences, no 6 (315), pp. 219-223, 2022. DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-315-6-219-223. (in Ukrainian).
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 CC BY 4.0
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
