ДВУХКАНАЛЬНЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ТЕЛЕСКОП ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМЛИ И ЗВЕЗД СО СПЕКТРАЛЬНЫМ РАЗВЕДЕНИЕМ ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК G02B23/10 G01C21/24 

Изобретение относится к космической области, в частности к аппаратурам дистанционного зондирования Земли, и может найти применение на космических аппаратах (КА) дистанционного зондирования Земли, снимки с которых должны удовлетворять жестким требованиям по координатной привязке получаемых с них снимков. Также данная аппаратура может быть использована на КА дистанционного зондирования Земли в качестве вспомогательного средства определения ориентации КА во время космического полета.

В настоящее время широкое распространение получило использование снимков с космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли для решения целого ряда задач. Для успешного решения этих задач космические снимки должны быть привязаны к земной поверхности.

На погрешность географической привязки наиболее сильное влияние оказывает погрешность знания ориентации осей визирной системы координат космического телескопа.

Одним из способов уменьшения погрешности знания ориентации осей визирной системы координат является регистрация изображения звездного неба самим космическим телескопом.

Для того чтобы обеспечить достаточное количество звезд, наблюдаемых в поле одновременно с изображением Земли, необходимо разделить яркое изображение Земли и слабые изображения звезд. При этом желательно обеспечить для света звезд и Земли прохождение через одинаковые оптические элементы. Этого можно достигнуть за счет разделения изображений с помощью отражающих и пропускающих интерференционных светофильтров в разные спектральные диапазоны.

Известен космический телескоп Т-170М космического аппарата «Спектр-УФ» (под ред. К.М.Пичхадзе, Космический полет НПО им. С.А.Лавочкина, М., Изд. МАИ-ПРИНТ, 2010, с.94-96).

Космический телескоп Т-170М выполнен по схеме Ричи-Кретьена без линзового корректора и имеет один входной зрачок. Телескоп адаптирован для получения изображения звезд и регистрации их научными спектрометрическими приборами.

Недостатком этого телескопа можно считать невозможность построения и регистрации качественного изображения земной поверхности в виду того, что телескоп адаптирован для регистрации изображения звезд и фокальная поверхность этого телескопа имеет сферическую форму, а также отсутствуют приемники изображения для регистрации изображения земной поверхности.

Известен космический телескоп «Виктория» космического аппарата «Аркон-1» (под ред. К.М.Пичхадзе, Космический полет НПО им. С.А.Лавочкина, М, Изд. МАИ-ПРИНТ, 2010, с.133-139).

В отличие от телескопа Т-170М Космический телескоп «Виктория» адаптирован для получения качественного изображения земной поверхности. Он выполнен по классической схеме для космических телескопов для дистанционного зондирования Земли - схеме Ричи-Кретьена с исправленной фокальной поверхностью и имеет один входной зрачок.

Недостатком этого телескопа можно считать невозможность одновременной регистрации изображения звезд и изображения земной поверхности. Изображение звезд может быть зарегистрировано этим телескопом отдельно от изображения Земли при условии переориентации телескопа с Земли на звездное небо.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является космический телескоп космического аппарата «Ломоносов» (под ред. В. В. Нестерова и др., Космический астрометрический эксперимент «Ломоносов»: Сб. научных трудов/ МГУ им. М.В.Ломоносова, Гос. астрон. ин-т им. П.К.Штернберга; М., Изд. МГУ, 1992, с.191).

Этот телескоп выполнен по оригинальной оптической схеме на основе схемы Кассегрена и имеет два входных зрачка. Он предназначен для выполнения астрометрических экспериментов, и оба его канала предназначены для построения изображения звезд. Телескоп не предназначен для регистрации изображения Земли, однако, теоретически изображение земной поверхности может быть зарегистрировано данным телескопом (каналом для измеряемой звезды) одновременно с изображением звезд (каналом для опорной звезды).

Недостатком космического телескопа «Ломоносов» является отсутствие возможности разведения изображения Земли и звезд. Это приводит к тому, что если производить одновременное наблюдение земной поверхности и звездного неба (каналами с разными входными зрачками), яркое изображение Земли и слабые изображения звезд будут регистрироваться одновременно на приемнике изображения (ПЗС-матрице), что в свою очередь, приведет к уменьшению количества звезд, наблюдаемых в поле одновременно с изображением Земли, что, соответственно, приведет к росту погрешности определения ориентации визирной системы координат телескопа и к увеличению погрешности координатной привязки получаемого телескопом изображения Земли.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является возможность регистрации телескопом достаточного количества звезд одновременно с получением изображения земной поверхности для обеспечения уменьшения погрешности координатной привязки этого изображения.

Указанная задача обеспечивается тем, что в известном двухканальном космическом телескопе для дистанционного зондирования Земли, содержащем последовательно установленные по ходу оптического луча первого канала главное зеркало, вторичное зеркало, линзовый корректор, регистрирующее устройство, размещенное в фокальной плоскости телескопа, и установленное во втором канале плоское наклонное эллиптическое зеркало для наблюдения звезд, размещенное в плоскости пересечения первого и второго оптического канала, новым является то, что центральная часть обращенной в сторону вторичного зеркала поверхности главного зеркала, на которую попадает свет от Земли, закрыта зеленым отражающим светофильтром, а в центральной зоне поперечного сечения второго канала установлена круглая диафрагма, препятствующая попаданию в первый канал той части света от звезд, которая не попадает на плоское наклонное эллиптическое зеркало, при этом часть обращенной в сторону линзового корректора поверхности регистрирующего устройства закрыта красным пропускающим светофильтром.

Кроме того, в двухканальном космическом телескопе регистрирующее устройство выполнено в виде ПЗС-матрицы.

Благодаря тому, что центральная часть обращенной в сторону вторичного зеркала поверхности главного зеркала, на которую попадает свет от Земли, закрыта зеленым отражающим светофильтром, а в центральной зоне поперечного сечения второго канала установлена круглая диафрагма, препятствующая попаданию в первый канал той части света от звезд, которая не попадает на плоское наклонное эллиптическое зеркало, при том, что часть обращенной в сторону линзового корректора поверхности регистрирующего устройства закрыта красным пропускающим светофильтром, увеличивается количество наблюдаемых звезд и тем самым уменьшается погрешность координатной привязки сделанных телескопом снимков земной поверхности, что приводит к улучшению качества и к увеличению области применения получаемой телескопом информации.

При этом выполнение регистрирующего устройства в виде ПЗС-матрицы, разделенной на две части, одна из которых закрыта красным пропускающим светофильтром, позволяет производить регистрацию изображений земной поверхности и звезд с помощью одного регистрирующего устройства без смешения указанных изображений.

Предлагаемый космический телескоп со спектральным разведением изображения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена принципиальная схема телескопа.

Космический телескоп (фиг.1), выполненный, например, по схеме Кассегрена, содержит главное зеркало 1, частично покрытое зеленым отражающим светофильтром в той части, куда попадает свет от Земли, вторичное зеркало 2, линзовый корректор 3, ПЗС-матрицу для наблюдения Земли и звезд 4, круглую диафрагму 5, плоское наклонное эллиптическое зеркало для наблюдения звезд 6, красный пропускающий светофильтр 7.

На фиг.1 обозначено: I - входной зрачок канала для наблюдения Земли; II - входной зрачок канала для наблюдения звездного неба.

Перед началом работы телескоп ориентируется следующим образом: визирная ось канала для наблюдения Земли (входной зрачок I) направлена на снимаемый объект на поверхности Земли, одновременно с этим в поле зрения канала для наблюдения звезд (входной зрачок II) должна попадать область звездного неба, содержащая звезды.

Свет от снимаемого объекта на поверхности Земли попадает во входной зрачок I, затем на главное зеркало 1 (причем свет от снимаемого объекта на поверхности Земли попадает только на ту часть главного зеркала, которая закрыта зеленым отражающим светофильтром), далее свет отражается от главного зеркала на вторичное зеркало 2, а от него, пройдя линзовый корректор 3, попадает в фокальную плоскость, в которой установлена ПЗС-матрица 4, одна часть которой закрыта красным пропускающим светофильтром 7. Изображение от снимаемого объекта на Земле регистрируется только той частью ПЗС-матрицы, которая не покрыта светофильтром, т.к. комбинация отражающего светофильтра главного зеркала и пропускающего светофильтра ПЗС-матрицы дает уровень сигнала ниже чувствительности ПЗС-матрицы.

Свет от звезд попадает во входной зрачок II, при этом круглая диафрагма 5 отсекает свет, который не попадает на плоское наклонное эллиптическое зеркало 6, уменьшая тем самым уровень рассеянного света внутри телескопа. Плоское наклонное эллиптическое зеркало отражает свет от звезд на главное зеркало (на ту часть главного зеркала, которая не покрыта зеленым отражающим светофильтром), далее отразившись от главного и вторичного зеркала, свет от звезд проходит через линзовый корректор в фокальную плоскость, где регистрируется обеими частями ПЗС-матрицы.

Таким образом, изображение, зарегистрированное той частью ПЗС-матрицы, которая закрыта красным пропускающим светофильтром, содержит только изображение звездного неба, а изображение, зарегистрированное частью ПЗС-матрицы без фильтра, содержит изображение земной поверхности и изображение некоторого количества наиболее ярких звезд.

Предлагаемая конструкция космического телескопа позволит увеличить количество наблюдаемых звезд и тем самым уменьшить погрешность координатной привязки сделанных телескопом снимков земной поверхности, что приводит к улучшению качества и к увеличению области применения получаемой телескопом информации.

Изобретение может использоваться на космических аппаратах (КА) дистанционного зондирования Земли, снимки с которых должны удовлетворять жестким требованиям по координатной привязке, и в качестве средства определения ориентации КА. Телескоп содержит в первом канале главное зеркало, вторичное зеркало, линзовый корректор, регистрирующее устройство, размещенное в фокальной плоскости телескопа, и во втором канале - плоское наклонное эллиптическое зеркало для наблюдения звезд, размещенное в плоскости пересечения первого и второго каналов. Центральная часть обращенной в сторону вторичного зеркала поверхности главного зеркала, на которую попадает свет от Земли, закрыта зеленым отражающим светофильтром. В центральной зоне поперечного сечения второго канала установлена круглая диафрагма, препятствующая попаданию в первый канал той части света от звезд, которая не попадает на плоское наклонное эллиптическое зеркало. Часть обращенной в сторону линзового корректора поверхности регистрирующего устройства закрыта красным пропускающим светофильтром. Технический результат - возможность регистрации достаточного количества звезд одновременно с получением изображения земной поверхности для уменьшения погрешности координатной привязки этого изображения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Двухканальный космический телескоп для дистанционного зондирования Земли, содержащий последовательно установленные по ходу оптического луча первого канала главное зеркало, вторичное зеркало, линзовый корректор, регистрирующее устройство, размещенное в фокальной плоскости телескопа, и установленное во втором канале плоское наклонное эллиптическое зеркало для наблюдения звезд, размещенное в плоскости пересечения первого и второго оптического канала, отличающийся тем, что центральная часть обращенной в сторону вторичного зеркала поверхности главного зеркала, на которую попадает свет от Земли, закрыта зеленым отражающим светофильтром, а в центральной зоне поперечного сечения второго канала установлена круглая диафрагма, препятствующая попаданию в первый канал той части света от звезд, которая не попадает на плоское наклонное эллиптическое зеркало, при этом часть обращенной в сторону линзового корректора поверхности регистрирующего устройства закрыта красным пропускающим светофильтром.

2. Двухканальный космический телескоп по п.1, отличающийся тем, что регистрирующее устройство выполнено в виде ПЗС-матрицы.