Методы и средства стабилизации оптических параметров криотелескопов космического базирования и наземных имитационно-испытательных комплексов

• Автор: Олейников, Леонид Шлемович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 396 с. : ил.

Глава 1. Граничные условия эффективности криогенных методов понижения

внутриприборного фона в инфракрасных телескопах космического

базирования и наземных имитационно-испытательных комплексах

1.1. Анализ известных методов понижения внутриприборного фона в ИК телескопах и их устройства для астрофизических исследований и регистрации ИК источников в пространстве космического неба
1.2. Анализ методов понижения внутриприборного фона в известных ИК телескопах космического базирования для дистанционного зондирования Земли
1.3. Дестабилизирующие процессы, сопутствующие понижению внутриприборного фона в криооптических ИК оптико-электронных систем
1.4. Особенности методов понижения внутриприборного фона в инфракрасных системах известных имитационно-испытательных комплексов

1.5. Постановка задач исследований

Выводы

Глава 2. Термомеханические и релаксационные процессы в оптических системах в

переходных и установившихся режимах глубокого охлаждения и отогрева

2.1. Особенности термомеханических процессов в криооптике
2.2. Термомеханические и релаксационные процессы в криооптических системах
2.2.1. Основные концепции построения моделей термомеханических и релаксационных процессов в криооптических системах
2.2.2. Исследование напряжений и перемещений в механически и термически нагруженных элементах криооптики
2.3. Отработка метода и экспериментальных средств исследования релаксационных процессов в криооптических системах с использованием

сдвиговой интерферометрии
2.4. Термомеханические колебания приемного зеркала криообъектива, обусловленные взаимодействием с набегающим потоком частиц разреженной атмосферы
2.5. Проблемы оптимизации точностных и термических характеристик криооптических оптико-электронных систем на основе разнородных материалов в конструкции объективов
Выводы
Глава 3. Пороговые характеристики кинетических процессов в криооптических
оптико-электронных системах
3.1. Разработка требований к методам и аппаратуре для исследований свойств оптических поверхностей со слоями конденсатов с учетом анализа известных в этой области работ
3.2. Методы, средства и результаты экспериментальных исследований температурных зависимостей физических свойств криоконденсатов газов и системы «конденсат-зеркало»
3.3. Теоретическое и экспериментальное определение распределения плотности молекулярных потоков в бленде глубокоохлаждаемого телескопа
3.4. Модель условий сохраняемости качества оптической поверхности в процессе конденсации на ней частиц остаточной атмосферы
3.5. Метод и средства исследования температурной зависимости индикатрис рассеяния (двунаправленного отражения) поверхности с криоконденсатом из частиц окружающей атмосферы
3.6. Методы эффективного сдерживания криозагрязнений оптики и восстановление ее первичных оптических констант
Выводы

Глава 4. Принципы построения низкофоновых ИК телескопов космического
базирования на основе моделирования криооптических систем с кондуктивно-радиационным и конвективным теплоотводом

4.1. Результаты исследований схемотехнических решений и энергоресурсных параметров глубокоохлаждаемых ИК телескопов кратковременного и длительного орбитального базирования
4.1.1. Методы проектирования низкотемпературных фокальных узлов телескопов на основе сублимационных охладителей с фильтровым и внеапертурным ограничением фона
4.1.2. Методы выравнивания температурного поля в оптике криотелескопов
4.1.3. Математическое моделирование переходных и установившихся •< тепловых режимов глубокоохлаждаемых телескопов с
кондуктивными и конвективными средствами теплоотвода
4.1.4. Криотелескоп ИКОН: оптимизация фоновых (температурных) и энергетических характеристик
4.1.5. Криообъектив «Асфар-22» в составе радиационно-охлаждаемого телескопа ГРОТ
4.1.6. Методы разработки оптико-электронных систем телескопов с теплоинерционным криостатированием
4.1.7. Методы снижения энергоемкости системы глубокого охлаждения криотелескопов низкоорбитального базирования
4.2. Результаты моделирования сохраняемости качества криооптических систем и их элементов в переходных и послепереходных режимах охлаждения и в условиях переменных по знаку тепловых нагрузок
4.2.1. Устойчивость плоскости наилучшего изображения в криотелескопе на основе однородного теплопроводного материала
4.2.2. Устойчивость плоскости наилучшего изображения криотелескопа, выполненного на основе разнородных материалов
4.3. Сохраняемость качества изображения криооптической системы телескопов для дистанционного зондирования Земли в условиях конденсации частиц собственной внешней атмосферы
Выводы

разъюстировке оптической системы, второй - к размыву изображения, а три последующих - к повышению уровня фона в ИК канале, достигнутого в результате его глубокого охлаждения.
Материалов для криооптических систем с нулевым коэффициентом линейного расширения и высокой теплопроводностью, которые могли бы обеспечить нерасстраиваемость оптики при температурных переходах, практически не существует. Характеристики применяемых в криооптике материалов зарубежом, а также особенности устройства криоохладителей и объектов охлаждения для нее являются предметами no-how и детально в открытой печати не раскрываются. К таким вопросам в числе многих следовало бы отнести конфигурацию и структуру корпусов приемных зеркал криотелескопов, установочных развязок, обеспечивающих нерасстраиваемость оптики, контроль положения оптической оси относительно заданного ориентира, результаты исследования термодеформационных процессов в связи с качеством оптики, реальный уровень внутриприборного фона, отклики на него фотоприемных устройств и многое другое. Вместе с этим, опубликованные работы содержат решения опорных узлов для приемного зеркала, связи его со вторичным зеркалом и фокальным блоком, например, как в телескопе WIRE, и с криостатом в целом [33, 34, 35, 36]. Схема опорного узла для оптики телескопа WIRE приведена на рисунке 1.15а.
Здесь показано, что первичное зеркало имеет переменное радиальное сечение, опираемое по внутреннему диаметру через цепь опорных элементов и через коаксиальные трубы (поз. 9) на базу телескопа Коаксиальные трубы (9) выполнены из композитного материала (угольные нити + эпоксидная смола). Из термомеханических факторов на телескоп могут влиять коэффициент теплового расширения в узле связи со вторичным зеркалом и фокальным блоком и напряжения в цепи элементов узла крепления телескопа в криостате. При этом фокальный блок также удерживается на базе приемного зеркала (сцентрирован с последним) при помощи также коаксиальной опоры.
Коаксиальные опоры, как у телескопа, так и у его фокального блока (поз. 9) имеют V-образное исполнение, которое с одной стороны увеличивает тепловое сопротивление между разнотемпературными узлами телескопа, а с другой - ведет себя, как термокомпенсатор осевого перемещения фокальной плоскости объектива.
Другое оригинальное решение узла установки в криостате представлено для телескопа SIRTF (см. рисунок 1.15б) [37]. Двухярусные расходящиеся опоры по четыре на каждом ярусе. Первый ярус удерживает объектив без возможности его перемещения по трем осям относительно фокального блока, а второй - относительно