НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-5-825-830
УТОЧНЕННАЯ МОДЕЛЬ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКИХ МИНИ-АППАРАТОВ С ЛАЗЕРНОЙ ТЯГОЙ
Читать статью полностью
Ссылка для цитирования: Егоров М.С., Резунков Ю.А. Уточненная модель оптической системы космических мини-аппаратов с лазерной тягой // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 5. С. 825–830.
Аннотация
Представлены результаты моделирования бортовой оптической системы космического мини-аппарата с лазерной реактивной тягой. Система позволяет принимать лазерную энергию независимо от взаимного направления оси приемного телескопа и направления движения мини-аппарата. Бортовая оптическая система построена с использованием таких элементов, как оптические шарниры и турели. В состав системы входит оптический переключатель – специальная система, обеспечивающая оптическую связь между приемным телескопом и лазерными реактивными двигателями. Моделирование и оптический расчет системы проведены с использованием специализированного программного обеспечения ZEMAX (Radiant Ltd). Цель расчетов состояла в определении размеров оптических элементов системы, требований к точности их изготовления и взаимной установки для обеспечения эффективной доставки энергии в лазерный реактивный двигатель. Расчеты выполнены с учетом ограничений по массе, габаритам и лучевой прочности оптических элементов, а также требований к характеристикам лазерного пучка на входной апертуре лазерного двигателя. Современные технологии изготовления облегченных космических зеркал из ситалла СО-115М позволяют изготовить зеркало с коэффициентом облегчения 0,72, а лучевая прочность оптических покрытий зеркал обеспечивается выше 5 Дж/см2 для излучения с длиной волны 1,064 мкм при длительности импульса 10–20 нс. При согласованном диаметре передающего телескопа 1 м оптимальный диаметр приемного зеркала бортовой оптической системы составил 0,5 м. При этом обеспечивается прием не менее 84% лазерной энергии. Основные потери излучения возникают из-за неточной установки зеркал приемного телескопа и технологических ошибок изготовления зеркал в виде отклонения формы поверхности зеркал от параболической. Показано, что требования к точности взаимной установки зеркал телескопа и точность их изготовления являются достаточно высокими, но выполнимыми с учетом применения современных материалов и технологий. Разработанная бортовая оптическая система может использоваться как на космических аппаратах с лазерной тягой, так и в перспективной технологии беспроводной передачи энергии с использованием лазеров
Список литературы
1. Кульков В.М., Обухов В.А., Егоров Ю.Г., Белик А.А., Крайнов А.М. Сравнительная оценка эффек- тивности применения перспективных типов электроракетных двигателей в составе малых космиче- ских аппаратов // Вестник СГАУ. 2012. № 3–1(34). С. 187–193.
2. Kantrowitz A. Propulsion to orbit by ground-based lasers // Astronautics and Aeronautics. 1972. V. 10. N 5. P. 74–76.
3. Бункин Ф.В., Прохоров А.М. Использование лазерного источника энергии для создания реактивной тяги // Успехи физических наук. 1976. Т. 119. С. 425–446. doi: 10.3367/UFNr.0119.197607b.0425
4. Егоров М.С., Носатенко П.Я., Резунков Ю.А. Оптическая система мини-аппарата с лазерной реактив- ной тягой // Оптический журнал. 2014. Т. 81. № 9. C. 55–61.
5. ZEMAX 13 SP4 Optical Design Program. User's Manual. Radiant Zemax LLC, 2015. 859 p.
6. Агейчик А.А., Егоров М.С., Резунков Ю.А., Сафронов А.Л., Степанов В.В. Аэрокосмический лазерный реактивный двигатель. Патент РФ №2266420. Бюл. 2005. №35.
7. Сивцов Г.П. Пространственные оптические системы. Новосибирск: СГГА, 2011. 331 с.
8. Гайворонский С.В., Зверев В.А. Варианты композиции зеркальных объективов на основе оптической системы объективов Грегори и Кассегрена // Оптический журнал. 2012. Т. 79. № 2. C. 35–39.
9. Савицкий А.М., Соколов И.М. Вопросы конструирования облегченных главных зеркал космических телескопов // Оптический журнал. 2009. Т. 76. № 10. C. 94–98.
10. Ершов А.В., Машин А.И. Многослойные оптические покрытия. Проектирование, материалы, особен- ности технологии получения методом электроннолучевого испарения. Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2006. 99 с.
11. Егоров М.С., Репина Е.В., Резунков Ю.А., Сафронов А.Л. Лазерная корректирующая двигательная установка для космических аппаратов // Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 3. C. 8–15.
12. Агейчик А.А., Егоров М.С., Резунков Ю.А. Влияние аберраций на фокусировку лазерного излучения в составном оптическом концентраторе // Оптический журнал. 2007. Т.74. №8. C. 66–72.
13. Romanov N.A., Rodionov A.Yu., Sherstobitov V.E., Semenov V.E. Optical problems of laser radiation transport in the LOTV concept // Proc. 2nd Int. Symposium on Beamed Energy Propulsion. Sendai, Japan, 2004. V. 702. P. 310–321. doi: 10.1063/1.1721010
14. Kare J.T. Vehicle and system concepts for laser orbital maneuvering and interplanetary propulsion // Proc. 1st Int. Symposium on Beamed Energy Propulsion. Huntsville, Alabama, USA, 2003. V. 664. P. 662–673. doi: 10.1063/1.1582151
15. Billman K.W., Horwitz B.A., Shattuck P.L. Airborne laser system common path/common mode design approach // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 1999. V. 3706. P. 196– 203. doi: 10.1117/12.356958
16. Грязнов А.Н., Кондратьев А.С., Лопота А.В., Соснов Е.Н. Алгоритмы автоматизации процессов фор- мирования линии космической лазерной связи // Робототехника и техническая кибернетика. 2014. №2(3). С. 45–49.
