О возможности применения моностатической схемы построения наземного телескопа при наблюдении космических объектов

Предмет исследования. В современных крупноапертурных оптических системах слежения за астрономическими объектами широко внедряется технология бистатических схем, в которых лазер, а также главный и вспомогательный телескопы пространственно разнесены. Это требует принятия дополнительных мер при юстировке оптических осей телескопов, особенно при сопровождении низкоорбитальных космических объектов. Выбор бистатических схем в астрономических телескопах обусловлен проблемой «неопределенности наклона», свойственной моностатическим схемам формирования лазерной опорной звезды. Эта проблема вызвана трудностями или невозможностью определения наклона волнового фронта при дрожании лазерной опорной звезды в плоскости изображения. В работе рассмотрена моностатическая схема построения наземных адаптивных оптико-электронных систем. В данной схеме совмещены оптические оси лазера, генерирующего лазерную опорную звезду, и телескопа, служащего для получения изображения космических объектов посредством устранения фазовых возмущений атмосферы по излучению лазерной опорной звезды. Метод. Предложенный метод определения наклона волнового фронта в моностатической схеме основан на анализе математических выражений для дисперсий дрожания наклонов изображений лазерной опорной звезды и космического объекта. Рассмотрен случай, когда диаметр приемной апертуры телескопа значительно больше диаметра апертуры лазера. Подход базируется на высокой коррелированности мгновенных значений наклонов лазерного луча и принимаемого пучка от естественной звезды, передаваемых навстречу друг другу. При наблюдении низкоорбитальных малоразмерных космических объектов и лазерных опорных звезд предполагается, что они находятся в зоне Френеля приемной апертуры оптико-электронной системы и в пределах угла изопланатизма атмосферы, определяемого в рамках изотропной и локально-однородной модели турбулентности атмосферы. Основные результаты. Представленное решение позволяет определить значение мгновенного угла наклона изображения малозаметного космического объекта в фокальной плоскости приемной апертуры телескопа на основе измерения мгновенного угла наклона реально наблюдаемого изображения лазерной опорной звезды. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при разработке наземных адаптивных оптико-электронных систем слежения за низкоорбитальными малоразмерными космическими объектами.

1. Свиридов К.Н. Атмосферная оптика высокого углового разрешения Т. 2. Статистическая оптимизация технологий достижения высокого углового разрешения оптических систем атмосферного видения. М.: Знание, 2007. 368 с.

2. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1970. 855 с.

3. Hardy J.W. Adaptive Optics for Astronomical Telescopes. Oxford University Press, 1998. 437 p.

4. Tyson R.K. Principles of Adaptive Optics. 3rd ed. NY.: CRCPress, 2010. 350 p.

5. Noll R.J. Zernike polynomials and atmospheric turbulence // Journal of the Optical Society of America. 1976. V. 63. N 3. P. 207–211. https://doi.org/10.1364/JOSA.66.000207

6. Больбасова Л.А., Лукин В.П. Адаптивная коррекция атмосферных искажений оптических изображений на основе искусственного опорного источника. М.: Физматлит, 2012. 125 с.

7. Лукин В.П. Формирование оптических пучков и изображений на основе применения систем адаптивной оптики // Успехи физических наук. 2014. Т. 184. № 6. C. 599–640.

8. Senft D., Hunt S., Swindle T.R., Morris N., Holmes R., Walker E., Lucas J., Toth J., Abercrombie M., Mooney J., Georges T. Sodium guidestar signal levels measured at AMOS and comparison to theory // Proc. of the Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference. 2019.

9. Foy R. Laser guide star: Principle, cone effect and tilt measurement // NATO Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry. 2006. V. 198. P. 249–273. https://doi.org/10.1007/1-4020-3437-7_15

10. Quirrenbach A. The effects of atmospheric turbulence on astronomical observations // Adaptive Optics for Vision Science and Astronomy. ASP Conference Series. 2005. P. 129–144.

11. Rigaut F., d'Orgeville C. On practical aspects of Laser Guide Stars // Comptes Rendus Physique. 2005. V. 6. N 10. P. 1089–1098. https://doi.org/10.1016/j.crhy.2005.11.014

12. Valley G.C. Isoplanatic degradation of tilt correction and short-term imaging systems // Applied Optics. 1980. V. 19. N 4. P. 574–577. https://doi.org/10.1364/AO.19.000574

13. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.

14. Клеймёнов В.В., Новикова Е.В., Олейников М.И. О выборе диаметра апертуры зондирующего лазера в наземных адаптивных оптико-электронных системах при формировании натриевой опорной звезды // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21. № 1. С. 24–30. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2021-21-1-24-30

15. Клеймёнов В.В., Новикова Е.В. Экстремально большие наземные оптические телескопы // Известия вузов. Приборостроение. 2021. № 1. С. 5–20. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2021-64-1-5-20

16. Selina R.J., Murphy E.J., McKinnon M., Beasley A., Butler B., Carilli C., Clark B., Erickson A., Grammer W., Jackson J., Kent B., Mason B., Morgan M., Ojeda O., Shillue W., Sturgis S., Urbain D. The next-generation Very Large Array: a technical overview // Proceedings of SPIE. 2018. V. 10700. P. 107001O. https://doi.org/10.1117/12.2312089

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License