ДВУХКАНАЛЬНЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ТЕЛЕСКОП ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМЛИ И ЗВЕЗД (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2015 года по МПК G02B23/04 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, что может достигаться различными методами.

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 ввиду 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.132-139).

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 обеспечение возможности 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, содержащем последовательно установленные по ходу оптического луча первого канала главное зеркало, вторичное зеркало, линзовый корректор, регистрирующее устройство, размещенное в фокальной плоскости телескопа, и установленное по ходу оптического луча второго канала главное зеркало, общее для первого и второго канала, и второе регистрирующее устройство, новым является то, что каналы телескопа выполнены соосными, с противоположным расположением входных зрачков, а главное зеркало выполнено двояковогнутым с образованием двух противоположно направленных рабочих поверхностей и двух фокальных плоскостей телескопа, при этом обе фокальные плоскости телескопа и оба регистрирующих устройства расположены со стороны входного зрачка второго канала.

Во втором варианте космического телескопа указанная задача обеспечивается тем, что в известном двухканальном космическом телескопе для одновременного наблюдения Земли и звезд, содержащем последовательно установленные по ходу оптического луча первого канала главное зеркало, вторичное зеркало, линзовый корректор, регистрирующее устройство, размещенное в фокальной плоскости телескопа, и установленное по ходу оптического луча второго канала главное зеркало, общее для первого и второго канала, и второе регистрирующее устройство, новым является то, что каналы телескопа выполнены соосными, с противоположным расположением входных зрачков, а главное зеркало выполнено двояковогнутым с образованием двух противоположно направленных рабочих поверхностей и двух фокальных плоскостей телескопа, при этом каждый канал снабжен отдельным вторичным зеркалом, а обе фокальные плоскости телескопа и оба регистрирующих устройства расположены в центральной зоне главного зеркала, причем регистрирующие устройства первого и второго канала расположены соответственно со стороны входных зрачков соответствующих каналов.

Благодаря наличию системы разведения изображений и применению разных ПЗС-приемников для регистрации изображений земной поверхности и изображения звездного неба возможен подбор оптимальных светотехнических характеристик ПЗС-приемников для регистрации изображений, благодаря чему 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.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

Фиг.1 - принципиальная схема телескопа (вариант 1);

Фиг.2 - принципиальная схема телескопа (вариант 2).

Двухканальный космический телескоп в варианте 1 (Фиг.1) содержит последовательно установленные по ходу оптического луча первого канала двояковогнутое главное зеркало 1 с образованием двух противоположно направленных рабочих поверхностей и двух фокальных плоскостей телескопа, вторичное зеркало 2, линзовый корректор 3 и размещенное в фокальной плоскости телескопа регистрирующее устройство 4, выполненное в виде ПЗС-приемника для наблюдения Земли. Второй канал телескопа содержит установленное по ходу оптического луча второго канала главное зеркало 1, общее для первого и второго канала, и регистрирующее устройство 5, выполненное в виде ПЗС-приемника для наблюдения звезд. При этом обе фокальные плоскости телескопа и оба регистрирующих устройства расположены со стороны входного зрачка второго канала.

Двухканальный космический телескоп в варианте 2 (Фиг.2) содержит последовательно установленные по ходу оптического луча первого канала двояковогнутое главное зеркало 1 с образованием двух противоположно направленных рабочих поверхностей и двух фокальных плоскостей телескопа, вторичное зеркало 2, линзовый корректор 3 и размещенное в фокальной плоскости телескопа регистрирующее устройство 4, выполненное в виде ПЗС-приемника для наблюдения Земли. Второй канал телескопа содержит установленное по ходу оптического луча второго канала главное зеркало 1, общее для первого и второго канала, вторичное зеркало 6 и регистрирующее устройство 5, выполненное в виде ПЗС-приемника для наблюдения звезд. При этом обе фокальные плоскости телескопа и оба регистрирующих устройства 4, 5 расположены в центральной зоне главного зеркала 1, причем регистрирующие устройства 4, 5 первого и второго канала расположены соответственно со стороны входных зрачков соответствующих каналов.

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.

В варианте 1 свет от снимаемого объекта на поверхности Земли попадает во входной зрачок I, затем на главное зеркало 1, далее свет отражается от главного зеркала на вторичное зеркало 2, а от него, пройдя линзовый корректор 3, попадает в фокальную плоскость, в которой с фокальным смещением установлено два ПЗС-приемника 4, 5. Благодаря фокальному смещению Δ с фокальной плоскостью канала для наблюдения Земли совпадает только плоскость приемника 4, а с фокальной плоскостью канала для наблюдения звезд совпадает только плоскость приемника 5, что позволяет полностью разделить изображения Земли и звезд. Соответственно свет от снимаемого объекта на поверхности Земли, пройдя линзовый корректор 3, попадает на ПЗС-приемник для наблюдения Земли. Свет от звезд попадает во входной зрачок II, затем на тыльную рабочую поверхность главного зеркала 1, далее, отразившись от главного зеркала 1, свет попадает на регистрирующее устройство 5, т.е. на ПЗС-приемник для наблюдения звезд.

В варианте 2 свет от снимаемого объекта на поверхности Земли попадает во входной зрачок I, затем на главное зеркало 1, далее свет отражается от главного зеркала 1 на вторичное зеркало 2, а от него, пройдя линзовый корректор 3, попадает в фокальную плоскость канала для наблюдения Земли, расположенную со стороны рабочей поверхности главного зеркала 1, обращенной в сторону входного зрачка I, и, соответственно, на размещенное в фокальной плоскости телескопа регистрирующее устройство 4, выполненное в виде ПЗС-приемника для наблюдения Земли. Свет от звезд попадает во входной зрачок II, затем на тыльную рабочую поверхность главного зеркала 1, далее, отразившись от главного зеркала 1, свет попадает на вторичное зеркало 6 и, отразившись от него, на фокальную плоскость канала для наблюдения звезд, расположенную со стороны рабочей поверхности главного зеркала 1, обращенной в сторону входного зрачка II, и, соответственно, на размещенное в фокальной плоскости телескопа регистрирующее устройство 5, выполненное в виде ПЗС-приемника для наблюдения 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 дистанционного зондирования Земли при жестких требованиях по координатной привязке получаемых снимков. Телескоп содержит последовательно установленные по ходу луча первого канала главное зеркало, вторичное зеркало, линзовый корректор, регистрирующее устройство, размещенное в фокальной плоскости телескопа, и установленное по ходу луча второго канала главное зеркало, общее для первого и второго каналов, и второе регистрирующее устройство. Каналы телескопа выполнены соосными с противоположным расположением входных зрачков. Главное зеркало выполнено двояковогнутым с образованием двух противоположно направленных рабочих поверхностей и двух фокальных плоскостей телескопа. В первом варианте обе фокальные плоскости телескопа и оба регистрирующих устройства расположены со стороны входного зрачка второго канала. Во втором варианте каждый канал снабжен отдельным вторичным зеркалом, обе фокальные плоскости и оба регистрирующих устройства расположены в центральной зоне главного зеркала, регистрирующие устройства расположены со стороны входных зрачков соответствующих каналов. Технический результат - уменьшение погрешности привязки изображения земной поверхности. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двухканальный космический телескоп для одновременного наблюдения Земли и звезд, содержащий последовательно установленные по ходу оптического луча первого канала главное зеркало, вторичное зеркало, линзовый корректор, регистрирующее устройство, размещенное в фокальной плоскости телескопа, и установленное по ходу оптического луча второго канала главное зеркало, общее для первого и второго канала, и второе регистрирующее устройство, отличающийся тем, что каналы телескопа выполнены соосными, с противоположным расположением входных зрачков, а главное зеркало выполнено двояковогнутым с образованием двух противоположно направленных рабочих поверхностей и двух фокальных плоскостей телескопа, при этом обе фокальные плоскости телескопа и оба регистрирующих устройства расположены со стороны входного зрачка второго канала.

2. Двухканальный космический телескоп для одновременного наблюдения Земли и звезд, содержащий последовательно установленные по ходу оптического луча первого канала главное зеркало, вторичное зеркало, линзовый корректор, регистрирующее устройство, размещенное в фокальной плоскости телескопа, и установленное по ходу оптического луча второго канала главное зеркало, общее для первого и второго канала, вторичное зеркало и второе регистрирующее устройство, отличающийся тем, что каналы телескопа выполнены соосными, с противоположным расположением входных зрачков, а главное зеркало выполнено двояковогнутым с образованием двух противоположно направленных рабочих поверхностей и двух фокальных плоскостей телескопа, при этом каждый канал снабжен отдельным вторичным зеркалом, а обе фокальные плоскости телескопа и оба регистрирующих устройства расположены в центральной зоне главного зеркала, причем регистрирующие устройства первого и второго канала расположены соответственно со стороны входных зрачков соответствующих каналов.