Free form optika v radio astronomii
Reference project
Free form čočky s vysokým rozlišením instalované v kompaktních satelitech pro analýzu vysokofrekvenčních signálů
Vedle viditelného světla lze rádiové vlny použít také ke studiu nebeských objektů a kosmických jevů. Radioastronomie nabízí pohledy na hvězdy, oblaka plynu a další kosmické struktury vyzařující na rádiových frekvencích. ANSER je mise CubeSat navržená tak, aby zachycovala a předávala snímky a data povrchu naší Země ve vysokém rozlišení odvozená z rádiových vln. Odpovědnost za vytvoření dvou vysoce přesné free form optiky z materiálu Zerodur pro tyto kompaktní satelity převzal.
Přehled projektu
Mise CubeSat ANSER (pokročilý nanosatelit pro vesmírný průzkum a radioastronomii), kterou provedl INTA (Španělský národní institut pro leteckou technologii), je průkopníkem v průzkumu vesmíru a radioastronomii. ANSER využívá CubeSats – velmi malé satelity ve tvaru krychle ve standardních velikostech. Jejich standardizace a malá velikost umožňují nákladově efektivní vývoj a nasazení ve vesmíru. Tyto CubeSaty, vybavené nejmodernějšími radioteleskopy a přijímači, jsou připraveny ke studiu kosmických jevů a nebeských entit vyzařujících rádiové vlny. Vzhledem k tomu, že zemská atmosféra částečně blokuje rádiové záření z vesmíru, ANSER připravuje cestu pro jasnější a podrobnější pozorování. Další stěžejní aplikací je pozemní pozorování. CubeSats mohou snímat a přenášet snímky a data zemského terénu ve vysokém rozlišení. Tato data mají obrovský potenciál pro sektory, jako je monitorování životního prostředí, reakce na katastrofy a zemědělství. Díky kompaktní povaze a nákladové efektivitě CubeSatů otevírá ANSER nové možnosti pro průzkum vesmíru.
Iniciativa, jejíž start byl naplánován na září 2023, zahrnuje shluk tří nanosatelitů. Jejich cílem je posoudit kvalitu vody v nádržích a mokřadech na Pyrenejském poloostrově. Satelity poletí v těsné formaci asi 10 km od sebe a budou spolupracovat jako jeden satelit. Užitečné zatížení bude rozděleno mezi tři CubeSaty. Distribuované řízení polohy bude použito k potlačení jakéhokoli vychýlení a zajištění, že žádný ze satelitů není ztracen.
Realizace projektu
Kompaktní design satelitů vyžaduje velmi malý optický systém, který by designu odpovídal. Místo toho, aby fungoval na ose, funguje ve dvou symetrických bodech mimo svůj zorný rozsah. Vzhledem k potřebě širokého zorného pole navzdory miniaturizaci komponent nebylo možné uchýlit se k čistě sférické nebo asférické optice. Zde vstoupil asphericon a vytvořil dvě free form čočky s vysokým rozlišením vytvořené z materiálu zerodur. Tato optika splňovala požadavky jak na velikost systému, tak na kvalitu povrchu. Každá optika pracuje ve spektrálním rozsahu 400 až 750 nm a má průměr 18,4 mm. Vytváření těchto free form čoček představovalo výzvu, zejména nezbytné nízké nepravidelnosti (cílová IRR: 1,5 fr). Přesto byla tato výzva překonána díky metodě leštění MRF ve spojení s rozsáhlými zkušenostmi společnosti asphericon s výrobou free form čoček. Byla navržena jedinečná metodika leštění pod aperturou, včetně přizpůsobeného programování pro pohyb nástroje podél povrchu volného tvaru. Spárování s pokročilou technologií 2D měření a automatickým korekčním algoritmem vedlo k nižším nepravidelnostem, než je požadováno (IRR v rozmezí 0,8 až 1,0 fr) a působivým výsledkům, pokud jde o výkon (0,3–0,6 fr) a drsnost povrchu (Rq 0,7–1,3 nm).
Geometrický popis free form optiky a její specifikace
- Materiál: Zerodur
- Průměr: 18.4 mm
- Centrálni tloušťka: 14 mm s okrajovým obrysem používaným pro nastavení v malých Cassegrainových dalekohledech
- Power: (0.3–0.6 fr) a IRR (0,8–1,0 fr) měření získaná a ověřená pomocí 2D celoplošného měření optickými sondami
- Rq: 0.7–1.3 nm
- Obrázek vlevo ukazuje vyrobenou optiku
Stručný pohled na optiku pro INTA
- Výroba dvou free form čoček pro použití ve spektrálním rozsahu 400–750 nm s konickou konstantou a Zernikeho polynomy až do 9. řádu
- Vývoj speciální techniky subaperturního leštění a kombinace 2D měřicí technologie s vysokým rozlišením s automatizovaným korekčním algoritmem pro výrobu a měření optických povrchů s vysokým rozlišením
