ОПТИЧЕСКИЙ ТЕЛЕСКОП Российский патент 2014 года по МПК G02B23/00 G02B17/06 

Изобретение относится к астрономии и может быть использовано, в частности, для проведения в космическом пространстве неискаженных систематических высокоточных фотометрических измерений временных вариаций поверхностных яркостей одновременно темной части лунного диска и светлого узкого серпа Луны как до, так и после новолуния при угловом удалении Луны от Солнца от 7° до 70°.

Известен оптический телескоп (см. GB 2407391, МПК G02B 17/08, G02B 23/06, опубликована 27.04.2005), содержащий корпус с размещенной в нем оптической системой, состоящей из главного вогнутого эллипсоидального зеркала, вторичного зеркала, установленного под углом к главному зеркалу, первого корректирующего средства в виде рассеивающей линзы, расположенной между главным и вторичным зеркалами, второго корректирующего средства, в виде собирающей линзы, установленной в боковой стенке корпуса, и регистрирующего устройства, установленного в фокальной плоскости телескопа.

Конструкция известного оптического телескопа обеспечивает уменьшение сферической оберрации. Однако известный оптический телескоп позволяет проводить наблюдения вблизи фазы новолуния только с наступлением вечерних астрономических сумерек (когда высота , центра Солнца равна - 18°) на западе после заката Солнца или до наступления утренних астрономических сумерек на востоке.

Известен оптический телескоп (см. US 6118579, МПК G02B 17/06, G02B 23/00, опубликован 12.09.2000), совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Известный оптический телескоп-прототип содержит корпус с размещенной в нем оптической системой, содержащей главное вогнутое параболоидальное зеркало с центральным отверстием, вторичное выпуклое сферическое зеркало, расположенной между главным вогнутым параболоидальным зеркалом и фокальной точкой, и фотоприемное устройство, установленное в фокальной плоскости телескопа.

Известный оптический телескоп-прототип обеспечивает получение высококонтрастного яркого изображения. Однако оптический телескоп-прототип не позволяет проводить систематические высокоточные фотометрические измерения временных вариаций поверхностных яркостей одновременно темной части лунного диска и светлого узкого серпа Луны с бортов автоматических космических аппаратов и станций, вследствие внеосевой засветки объектива и фоторегистрирующего устройства телескопа солнечным излучением. Как уже указывалось выше, в наземных условиях наблюдения вблизи фазы новолуния оптическим телескопом-прототипом возможны только с наступлением вечерних астрономических сумерек (когда высота центра Солнца =-18°) на западе после заката Солнца или до наступления утренних астрономических сумерек на востоке. При этом Луна вблизи фазы новолуния будет находиться в течение весьма короткого времени над горизонтом, имея низкую высоту, и поэтому условия ее наблюдений весьма неблагоприятны, не считая нестабильности земной атмосферы. Эти условия не позволяют проведения длительных полноценных наблюдений Луны вблизи фазы новолуния, когда неосвещенная Солнцем видимая часть диска Луны освещена отраженным от большей поверхности Земли солнечным излучением.

Задачей настоящего изобретения являлось создание такого оптического телескопа, который бы обеспечивал систематические высокоточные фотометрические измерения временных вариаций поверхностных яркостей одновременно темной части лунного диска и светлого узкого серпа Луны с бортов автоматических космических аппаратов и станций.

Поставленная задача решается тем, что оптический телескоп содержит корпус с размещенной в нем оптической системой, содержащей главное вогнутое гиперболическое зеркало с центральным отверстием, вторичное выпуклое гиперболическое зеркало и фотоприемное устройство, установленное в фокальной плоскости телескопа. Новым является снабжение корпуса полуцилиндрической солнцезащитной блендой, установленной на входном зрачке телескопа с возможностью вращения приводом вокруг оптической оси телескопа, установка на краях внутренней поверхности полуцилиндрической солнцезащитной бленды солнечных фотоэлементов для подачи сигнала на ее привод и выполнение длины L полуцилиндрической солнцезащитной бленды, удовлетворяющей соотношению:

L=D/tgα, см;

7°≤α≤70°;

где D - диаметр входного зрачка телескопа, см;

α - угловое расстояние между направлениями на центр диска Луны и на ближайший к Луне край диска Солнца.

Выбор границ интервала значений α обусловлен следующими обстоятельствами. При α, меньшем 7°, длина L полуцилиндрической солнцезащитной бленды 7 оказывается избыточно большой, что технически и экономически нецелесообразно. При α, большем 70°, измеряемый размер площадки пепельного света в центре диска Луны становится недостаточно большим для полноценных фотометрических измерений и исследований поверхностной яркости пепельного света Луны. Кроме того, при этом неосвещенная Солнцем видимая часть диска Луны освещена отраженным от относительно меньшей поверхности Земли солнечным излучением.

Светозащита от солнечного излучения в космическом пространстве обеспечивается за счет установки на входном зрачке оптического телескопа полуцилиндрической солнцезащитной бленды, исключающей внеосевую засветку объектива и фоторегистрирующего устройства. Полуцилиндрическая солнцезащитная бленда всегда будет автоматически (по сигналам ее солнечных фотоэлементов) обращена к Солнцу своей выпуклой стороной (горбом) так, что его лучи никогда не попадут в объектив оптического телескопа, а также и во внутреннюю поверхность полуцилиндрической солнцезащитной бленды.

На входном зрачке телескопа шарнирно может быть установлено матовое стекло, снабженное приводом, что обеспечивает ежемесячную калибровку оптического телескопа и фотоприемного устройства, проводимую в период каждого полнолуния на борту космического аппарата (станции), и позволяет следить за состоянием оптического телескопа и фотоприемного устройства, а также получать неискаженные данные о поверхностной яркости лунного и пепельного света.

Приводы полуцилиндрической солнцезащитной бленды и матового стекла могут быть выполнены в виде, например, шагового электродвигателя.

Настоящий оптический телескоп поясняется чертежом, где

на фиг.1 изображен общий вид настоящего оптического телескопа в продольном разрезе, с входным зрачком, закрытым матовым стеклом;

на фиг.2 показан общий вид настоящего оптического телескопа в продольном разрезе, с откинутым матовым стеклом;

на фиг.3 изображен общий вид сверху настоящего оптического телескопа;

на фиг.4 - изображение лунного диска, получаемое в фокальной плоскости настоящего телескопа.

Оптический телескоп (см. фиг.1-3) состоит из корпуса 1 в виде полого цилиндра, в котором размещена оптическая система, состоящая из главного вогнутого гиперболического зеркала 2 с центральным отверстием 3, вторичного выпуклого гиперболического зеркала 4 и фотоприемного устройства (ФПУ) 5, установленного в фокальной плоскости телескопа. Корпус 1 устанавливают на определенной заданной монтировке (на чертеже не показана). Фотоприемное устройство 5 может быть выполнено, например, в виде ПЗС матрицы. На входном зрачке 6 телескопа установлена полуцилиндрическая солнцезащитная бленда 7, которая может вращаться с помощью привода 8 по направляющим (на чертеже не показаны) на торце корпуса 1 вокруг оптической оси телескопа. В качестве привода 8 может быть использован, например, шаговой электродвигатель. На входном зрачке 6 телескопа с помощью шарнира 9 установлено матовое стекло 10, снабженное приводом, например, шаговым электродвигателем (на чертеже не показан). На краях внутренней поверхности полуцилиндрической солнцезащитной бленды 7 установлены солнечные фотоэлементы 11 для подачи сигнала на привод 8, тем самым обеспечивая автоматическое вращение полуцилиндрической солнцезащитной бленды 7 и обращения ее горбом всегда к Солнцу. Полуцилиндрическая солнцезащитная бленда 7 имеет длину L (в направлении, параллельном оси оптического телескопа), которая удовлетворяет соотношению:

L=D/tgα, см;

7°≤α≤70°;

где D - диаметр входного зрачка телескопа, см;

α - угловое расстояние между направлениями на центр диска Луны и на ближайший к Луне край диска Солнца.

Оптический лунный телескоп работает следующим образом. В режиме измерений в космическом пространстве визирная ось телескопа будет направлена на центр диска Луны, удаленный от ближайшего к Луне края диска Солнца на угловое расстояние α. При этом поток лунных лучей поступает на главное вогнутое гиперболическое зеркало 2 телескопа при одновременном освещении всего корпуса 1 телескопа солнечными лучами под углом α относительно направления визирной оси телескопа. В соответствии с сигналом, поступающим от солнечных фотоэлементов 11, установленных на краях внутренней поверхности полуцилиндрической солнцезащитной бленды 7, автоматически выдается команда приводу 8 на вращение полуцилиндрической солнцезащитной бленды 7 вокруг оптической оси телескопа в соответствующую сторону до прекращения сигнала от солнечных фотоэлементов 11, когда полуцилиндрическая солнцезащитная бленда 7 горбом повернется к Солнцу, и солнечные лучи не будут попадать на ее внутреннюю стенку и, соответственно, на входной зрачок телескопа. Главное вогнутое гиперболическое зеркало 2 направляет лунные лучи света на вторичное выпуклое гиперболическое зеркало 4, которое, в свою очередь, направляет сходящиеся лучи света изображения всего диска Луны через центральное отверстие 3 в главном вогнутом гиперболическом зеркале 2 в фокальную плоскость телескопа на ФПУ 5 (например, ПЗС матрицу). Тем самым в фокальной плоскости телескопа строится изображение полного диска Луны в виде светлого узкого серпа и пепельного света (см. фиг.4). В процессе эксплуатации телескопа для учета влияния агрессивной космической среды на инструмент (пропускание оптического тракта, неравномерное по полю зрения изменение чувствительности ФПУ 5) используется система контроля фотометрических характеристик телескопа, которая осуществляется по излучению Луны в каждое полнолуние, поверхностная яркость которой в долговременной перспективе остается стабильной (с учетом поправки на вариацию мощности солнечного излучения). Для этого входной зрачок 6 телескопа накрывают матовым стеклом 10, которое будет освещаться полной Луной и создавать равномерный уровень освещенности в плоскости ФПУ 5. Такая ежемесячная калибровка инструмента, проводимая в период каждого полнолуния на борту космического аппарата (станции), позволяет следить за состоянием оптического телескопа и фотоприемного устройства, а также получать неискаженные данные о поверхностной яркости лунного и пепельного света. В результате осуществляемой калибровки любое изменение электрического сигнала на выходе ФПУ 5 или каждого его пикселя, при постоянстве мощности принимаемого потока излучения, может быть автоматически учтено введением поправки. Система автоматического управления оптического телескопа (на чертеже не показана), обеспечивая его точное непрерывное слежение (ведение) за Луной, делает его статическим (неподвижным по отношению к Луне) инструментом в течение всего периода непрерывных наблюдений.

Настоящий оптический телескоп надежно обеспечивает возможность проведения более точных и более длительных высокоточных фотометрических измерений поверхностных яркостей одновременно темной, не освещенной Солнцем видимой части лунного диска, и светлого узкого серпа Луны, и исследования их временных вариаций, что позволяет выявить долговременные тенденции в изменениях отражаемой и поглощаемой планетой энергии солнечного излучения и их влияния на климат Земли.

Телескоп включает корпус (1) с размещенной в нем оптической системой, содержащей главное вогнутое гиперболическое зеркало (2) с центральным отверстием (3), вторичное выпуклое гиперболическое зеркало (4) и фотоприемное устройство (5), установленное в фокальной плоскости телескопа. Корпус (1) снабжен полуцилиндрической солнцезащитной блендой (7), установленной на входном зрачке (6) телескопа с возможностью вращения приводом (8) вокруг оптической оси телескопа. На краях внутренней поверхности полуцилиндрической солнцезащитной бленды (7) установлены солнечные фотоэлементы для подачи сигнала на ее привод (8). Длина L полуцилиндрической солнцезащитной бленды (7) удовлетворяет соотношению: L=D/tgα, см; 7°≤α≤70°; где D - диаметр входного зрачка телескопа, см; α - угловое расстояние между направлениями на центр диска Луны и на ближайший к Луне край диска Солнца. Технический результат - обеспечение систематических высокоточных измерений временных вариаций поверхностных яркостей одновременно темной части лунного диска и светлого узкого серпа Луны. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Оптический телескоп, включающий корпус с размещенной в нем оптической системой, содержащей главное вогнутое гиперболическое зеркало с центральным отверстием, вторичное выпуклое гиперболическое зеркало и фотоприемное устройство, установленное в фокальной плоскости телескопа, и полуцилиндрическую солнцезащитную бленду, установленную на входном зрачке телескопа с возможностью вращения приводом вокруг оптической оси телескопа, при этом на краях внутренней поверхности полуцилиндрической солнцезащитной бленды установлены солнечные фотоэлементы для подачи сигнала на ее привод, а длина L полуцилиндрической солнцезащитной бленды удовлетворяет соотношению:
L=D/tgα, см;
7°≤α≤70°;
где D - диаметр входного зрачка телескопа, см;
α - угловое расстояние между направлениями на центр диска Луны и на ближайший к Луне край диска Солнца.

2. Телескоп по п.1, отличающийся тем, что на входном зрачке телескопа шарнирно установлено матовое стекло, снабженное приводом.

3. Телескоп по п.1, отличающийся тем, что приводы полуцилиндрической солнцезащитной бленды и матового стекла выполнены в виде шагового электродвигателя.