Mengapa cermin bengkok 'seperti keripik kentang' memungkinkan teleskop ruang angkasa menjadi lebih kecil dan memiliki bidang pandang yang lebih luas?

17

Saya sedang menjelajahi item-item unggulan NASA dan menemukan ini - Keluar Dengan Lama, Dengan Baru: Cermin Teleskop Dapatkan Bentuk Baru

Disebut optik bentuk bebas, teknologi cermin yang muncul ini, yang disebabkan oleh kemajuan dalam fabrikasi dan pengujian yang dikendalikan komputer, telah memicu perubahan besar dalam rekayasa optik ... teknologi ini memegang janji besar bagi para ilmuwan yang ingin mengembangkan teleskop kompak untuk CubeSat dan perangkat kecil lainnya. satelit - alternatif yang semakin populer dan hemat biaya untuk misi yang lebih tradisional yang lebih mahal untuk dibangun dan diluncurkan.

Teleskop untuk kubus ?!

Artikel tersebut memiliki ilustrasi ini, dan saya mencoba untuk mencari tahu bagaimana itu diubah menjadi gambar yang jelas tanpa distorsi, dan mengapa mereka mengatakan itu memungkinkan teleskop menjadi jauh lebih kompak.

desain cermin optik bentuk bebas

Itu adalah artikel pendek yang bahkan tidak mencoba menjelaskan ini, dan ketika saya pergi mencari artikel lain tentang topik non-ahli saya menemukan zip. Mungkin ini sangat sulit untuk dijelaskan, tetapi saya pikir saya akan bertanya bagaimana pun. Saya mengatakan kepada seorang pemuda yang antusias hanya beberapa minggu yang lalu bahwa tidak mungkin untuk meluncurkan teleskop yang mampu melakukan sesuatu yang berguna pada cubesat. Ups ...

space-telescope optics pemegang kim ingin Monica kembali
sumber
Anda secara khusus mencari artikel untuk khalayak umum? Saya pikir kalimat itu harus dipilih atau beberapa orang mungkin berpikir Anda menginginkan penjelasan yang lebih dalam.
Pandangan cepat pada kacamata bentuk bebas, katakanlah untuk astigmatisme, dapat membantu menyederhanakan pertanyaan Anda kepada mereka yang ada di forum ini.
@ spacer yah, mungkin khalayak umum adalah istilah yang kuat. Maksud saya adalah saya tidak menemukan apa pun kecuali artikel untuk orang-orang di lapangan. Saya memahami prinsip-prinsip pembentukan lensa untuk astigmatisme, tetapi saya tidak bisa mendapatkan dari sana sampai bagaimana cahaya yang dipantulkan dari cermin berbentuk pelana dikumpulkan dan disimpan sebagai gambar yang tidak terdistorsi.
Pemegang kim ingin Monica kembali
1
Anda mendapatkan aperture 100 mm pada cubesat. Dengan optik klasik, Anda dapat "mengompres" sebelum diluncurkan, dan membuatnya terbuka di ruang dan mendorong bagian belakang instrumen lebih jauh dari depan. Dengan desain serba, seperti spot-Maksutov-Cassegrain, collimation tidak terlalu penting, jadi saya pikir collimation akan selamat dari peluncuran dan penyebaran. Sepenuhnya dikerahkan akan sedikit lebih dari 300 mm, tidak terlalu buruk. Jadi sekarang Anda memiliki aperture 100 mm di atas atmosfer, bebas dari polusi cahaya, mampu memiliki waktu paparan yang sangat lama. Saya akan mengatakan itu akan berguna, Anda bisa melakukan riset dengannya.
Florin Andrei
1
Lebih baik lagi, lihat prinsip tambahan Hyperstar untuk SCT. Ini memberi Anda rasio fokus f / 2, sangat cepat. Itu hanya membutuhkan cermin utama dan korektor di depan kamera. Dikombinasikan dengan tidak adanya polusi cahaya, dan waktu pemaparan yang sangat lama diaktifkan olehnya, rasio fokus f / 2 benar-benar dapat mencapai sesuatu yang menarik, dari penelitian. Tidak banyak daya penyelesaian dengan aperture 100 mm, tetapi rp tidak segala sesuatu. Instrumen f / 2 dalam ruang hampa udara akan dapat melihat objek yang sangat samar (seperti nebula) dengan sangat baik.
Florin Andrei

Jawaban:

9

Optik bentuk bebas adalah respons terhadap tantangan spesifik menjejalkan teleskop di ruang yang sangat terbatas. Instrumen tradisional akan memiliki semua optik simetris dan selaras pada sumbu yang sama. Itu akan membuang banyak ruang di dalam cubesat. Juga, desain tradisional cenderung lebih lama daripada yang lebih luas; mereka tidak cocok dalam kubus; sangat sulit untuk membuat instrumen klasik yang pendek seperti lebar.

Tetapi dengan optik bentuk bebas, Anda dapat memantulkan cahaya ke beberapa arah dalam kubus. Anda masih akan mencapai panjang fokus yang layak, dan Anda akan menggunakan semua volume yang tersedia untuk Anda.

masukkan deskripsi gambar di sini

Karena cahaya dipantulkan dari cermin pada sudut yang berbeda dari normal, Anda tidak dapat menggunakan bentuk simetris tradisional seperti parabola, bola, dll. Anda pada dasarnya perlu mengambil paraboloid dan menekuknya dalam satu arah sehingga bekerja hampir sama seperti parabola cermin (saya menyederhanakan), tetapi pada sudut refleksi, katakanlah, 45 derajat.

Dalam instrumen seperti itu Anda dapat memiliki beberapa mirror "keripik kentang", seperti pada diagram di atas. Anda harus mendesain instrumen secara keseluruhan; simulasi komputer akan menyesuaikan bentuk setiap cermin hingga kinerja seluruh instrumen mendekati desain lurus klasik.

Sejauh yang saya tahu, presisi pembuatannya sedemikian rupa sehingga optik bentuk bebas hanya dapat digunakan pada panjang gelombang panjang seperti inframerah, di mana optik yang kurang tepat dapat digunakan. Namun teknologi terus meningkat. Itu juga tergantung pada berapa banyak penyimpangan yang bisa Anda toleransi dalam gambar Anda.

Untuk penggunaan dari permukaan tanah, ini kurang berguna, kecuali jika Anda benar-benar membutuhkan teleskop dalam faktor bentuk yang sangat kecil karena alasan tertentu. Optik klasik masih disukai ketika ruang dan bentuk tidak dibatasi.

Florin Andrei
sumber
Ini sedikit membantu saya, meskipun saya bahkan tidak bisa membayangkan ini. Jadi dinding bagian dalam cubesat (yang bisa menjadi 6U juga - dari 6 unit, saya tidak tahu di mana cut-off berada) memiliki cermin berbentuk ini, dan mereka tidak mengganggu aperature? Apakah yang berbentuk sadel masuk sebagai cermin utama?
Pemegang kim ingin Monica kembali
1
Saya tidak dapat menemukan diagram yang baik untuk desain cubesat. Bagaimanapun, hukum optik mengharuskan Anda untuk memiliki cermin "bentuk bebas" di mana pun sudut refleksi jauh dari normal. Idenya tidak sepenuhnya baru, seperti biasa dalam optik: google the Schiefspiegler mendesain untuk ide serupa, walaupun alasannya berbeda; mereka menggunakan cermin toroidal untuk refleksi off-axis tanpa penyimpangan.
Florin Andrei