Новые подходы к задаче построения особо компактных оптических систем для микро- нано- и пико- спутников

• Автор: Донцов, Геннадий Александрович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Цели выполнения диссертационной работы

Разработка требований к оптическим системам перспективных спутников и выбор оптических схем для построения особо компактных, сверх светосильных приборов спутникового наблюдения, инспекции космических станций, экологической разведки и метео- предсказаний.
Разработка предложений по созданию универсальных объективов для использования их в наблюдательных системах мини-, микро-, нано-, и пикоспутников.

Новизна предложений заключается:

• в поиске альтернативных решений по замене длиннофокусных объективов каналов различения наземных и космических объектов на сверх светосильные короткофокусные зеркальные системы (двух- четырех- зеркальные);
• в выборе схемных решений, удовлетворяющих возможности их массового воспроизводства;
• в поиске особо компактных компоновок универсальных объективов для комплексированных систем, с возможностью

* одновременного решения задач обзора, слежения, различения

объектов и целеуказания на них.

Содержание:
Цели выполнения диссертационной работы
Содержание:
Список литературы к введению:
Глава 1. Требования к системам мини-, микро-, нано-, и пико- спутников б
1.1. Цели и задачи, решаемые оптическими системами особо компактных разведывательных спутников и спутников инспекции космических платформ
1.2. Технико-экономические характеристики спутниковых систем
1.3. Зарубежные аналоги и тенденции развития малогабаритных спутниковых систем.

Список литературы к Главе
Глава 2. Обзор по патентно-библиографическому поиску по направлению “особо компактные и сверх светосильные оптические системы”
2.1. Зеркально-линзовые системы П.П. Аргунова и Ю.А. Клевцова
2.1.1. Зеркально-линзовые системы П.П. Аргунова
2.1.2. Зеркально-линзовые системы Ю.А. Клевцова
2.2. Зеркальные телескопические системы Г.М. Попова
1. Анаберрационные корректоры, основанные на выполнении требования Ферма.

2.3. Зеркальные системы Д. Пуряева и А. Гончарова
2.4. Двух зеркальные оптические системы Г.С. Мельникова и A.C. Попова
2.4.3. Сравнение результатов построения схем двух-зеркальных анаберрационных систем, предложенных в Патенте №2155979 [23], с известными аналогами
2.5. Тенденции развития схемотехнических решений по существующим перспективным разработкам оптической промышленности
2.5.1. Наблюдательные приборы
Выводы по разделу 2
Список литературы к Главе
Глава 3. Разработка особо компактных, сверх малогабаритных, сверх светосильных оптических систем
3.1. Перечень технических условий, закладываемых в разрабатываемые системы
3.1.1. Описание программы расчета двух-зеркальных оптических систем
3.2. Расчеты сверх светосильных зеркальных объективов приемных каналов.

3.2.1. Расчет двухзеркального объектива при его сочленении с плоской приемной ПЗС матрицей
3.2.2. Расчет двухзеркального объектива при его сочленении со сферической приемной ПЗС матрицей
3.2.3. Вариант построения светосильной системы с увеличенным фокусным
расстоянием
Список литературы к Главе
Глава 4. Разработка универсальных объективов для использования их в
наблюдательных системах мини-, микро-, нано- и пикоспутников
4.1. Из описания заявки на патент [1]
Список литературы к Главе
Выводы к главе
Заключение
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Оптический вы пуск на двух-зеркальную систему
Патенты по основным направлениям исследований

Под космическими системами военного назначения принято понимать [В1] любую спутниковую систему, полностью, либо преимущественно предназначенную для обеспечения функционирования вооруженных сил в мирное время и/или в боевых условиях.
По характеру выполняемых функций космические системы военного назначения можно разделить на 3 основные группы: боевые, разведывательные и вспомогательные.
— Боевые системы предназначены непосредственно для поражения целей в космосе или на Земле. Именно эти системы имеются в виду, когда речь идет о космическом оружии или милитаризации космоса.
— Разведывательные системы обеспечивают наблюдение за военной или около военной деятельностью противостоящей стороны, позволяя отслеживать как постепенные изменения общего стратегического потенциала, так и оперативные локальные перегруппировки сил.
— Вспомогательные системы предназначены для инспекционного контроля космических станций, обеспечения связи, навигации и тому подобных функций, не являющихся специфически военными, но, тем не менее, жизненно важных для выполнения вооруженными силами своих боевых задач.
В диссертационной работе рассматриваются аспекты построения
оптических системам для перспективных спутников предназначенных для разведывательных целей.
Космическая разведка, как и всякая другая, предназначена для получения легально недоступной информации о деятельности иных государств, от других видов технической разведки она отличается только способом размещения средств сбора данных.
Космическое базирование технических средств наблюдения обладает уникальными преимуществами, делающими космическую разведку во многом незаменимой. Поскольку международно признаваемый суверенитет государств распространяется только на атмосферное пространство над их территорией [В 1 ], разведывательные спутники могут вполне законно приближаться к любому объекту на этой территории на расстояние около 100 километров, как бы он ни был удален от государственных границ. Кроме того, трасса движения спутника периодически проходит над всеми точками поверхности Земли в определяемой наклонением рабочей орбиты полосе широты, что позволяет обеспечить глобальное наблюдение с помощью небольшого числа одновременно функционирующих аппаратов.
Преимущества использования космического пространства для слежения за поверхностью Земли были осознаны еще до запуска первых спутников, и с начала космической эры разведывательные спутники заняли одно из главных мест в космических программах, как США, так и СССР. Космическая разведка разделяется на оптическую и радиотехническую разведки.
Оптические спутниковые изображения служат, прежде всего, для определения стратегического потенциала противника, изучения расположения его военных и промышленных объектов, таких как военные базы, командные центры, полигоны, оборонные предприятия и т.д. Помимо стратегического планирования данные космического наблюдения принципиально важны для контроля действующих международных соглашений по ограничению вооружений.
Первым направлением космической разведки стали системы оптического наблюдения, явившиеся логическим развитием аэрофотосъемки. Первый снимок земной поверхности с высоты 200-220 км был получен в 1957 году с борта геофизической ракеты типа Р2А специально приспособленным аэро-фотоаппаратом АФА-39, изготовленным Красногорским Механическим Заводом.
Первым советским фоторазведчиком стал «Космос-4», выведенный на орбиту 26 апреля 1962 г. и через 3 суток совершивший объявленную посадку в заданном районе.

большим, в частности, существенно превышающим количество коррекционных параметров т. При к>1 для решения задачи автоматического расчета оптических систем может быть использован известный математический метод, получивший название метода наименьших квадратов. Естественно, что когда количество функций к превышает количество рассматриваемых параметров /, нельзя требовать, чтобы все рассматриваемые функции Фj приняли заданные значения Фг Задача считается решенной, когда сумма квадратов разностей между полученными и заданными значениями функций, взятыми с некоторыми весовыми коэффициентами минимальна. Иначе говоря, необходимо, чтобы сР сР „ „ . ■■
~ " £>у) ■ (1б)
ф, ф2
ЗР дР ^ _ ,
— —=0,гдр Р-2_,а1(Фу-ФЛ
Ф, Ф, м '
Представим приращение функций в виде разложения в ряды Тейлора по степеням приращений р„ ограничившись в каждом ряду первым членом разложения:
^ дФ
Ф, ~Ф ] = Ъ~г-Фп
1=1 Єрі / = 1 СРі
/=/ дФ
Ф,-Ф?
І=1 °РІ
(17)
/-1 4*1
Подставив в эту систему уравнений вместо текущих значений функций заданные значения Ф,, Ф2 Фк. Тогда получаем так называемую систему к условных уравнений с I неизвестными, причем к>1. В результате ряда действий над полученными уравнениями условие суммы квадратов разностей сводиться к системе I линейных уравнений с I неизвестными:
длЕ°у

(дФ1 ,
~я~ +Ар>
I Ф. ) м
+Ар,1>у
6Ф, дФі
дрі др2
ЭФ .• дФ, 6Ф . _
я я 1=Еау^(ф7-ф‘0)); Фі Ф, у^ Ф,
^ 6Ф, 5Ф,
й Г эф і4
-длЁд
Ф'ЕДУ я У"Я І+Ф2І>у
~ Р2 Фі УЧ Л Фг у
5Ф, 5Ф, 5Ф, _
“у^ГНг^Е “у ^(ф./" Ф
у.1 Эр2 бр, ^ бр2
6Ф, 5Ф, І* 6Ф.6Ф,
ф. IДУ Е «У +• • •+
уч Эр, бр, Эр, Эр2
м ГэфЛ2 бФ, _
+ дл2>угтт =Ёау-Н'(ф^-фу )■
уч Л Фг У у^ Ф,
(18)