Ультрафиолетовый телескоп для космического мониторинга

В Институте физики микроструктур РАН – филиале ИПФ РАН создан макет полнозеркального телескопа для систем космического мониторинга околоземного пространства, работающий в вакуумном ультрафиолетовом и ультрафиолетовом диапазонах, позволяющих наблюдать Землю круглосуточно. В ультрафиолетовом диапазоне наша планета выглядит «черной» и этот эффект позволяет в ближнем космосе обнаружить даже самые слабые источники постороннего излучения в зоне наблюдения. Телескоп имеет рекордное сочетание большого поля зрения (±1,5°), углового разрешения (~2”) и малых размеров (диаметр входного зеркала 200 мм, максимальный габаритный размер 800 мм). Впервые удалось создать полнозеркальный телескоп с параметрами, ранее достигавшимися только в зеркально-линзовых схемах. Это инновационная разработка, не имеющая аналогов в мире. Двухканальность телескопа дает возможность изучения полученного изображения предмета в двух спектральных диапазонах, что повышает информативность прибора.

Залогом успеха разработчиков стал нестандартный подход к выбору оптической схемы телескопа и применение уникального метода обработки поверхности зеркал. Традиционно в телескопах используется асферическая оптика 2-го порядка: параболоиды, гиперболоиды, сферы. В данной разработке ключевым элементом телескопа стало плоское зеркало со сложным асферическим профилем, сформированным на его поверхности (планоид) – аналог коррекционной пластинки Шмидта в зеркально-линзовых телескопах. Подобную схему разработчики телескопов для регистрации коротковолнового излучения рассматривали уже десятки лет назад, однако никому не удалось ее реализовать, так как традиционными методами оптико-механической промышленности невозможно выполнить столь сложную асферику 6-го порядка, с сильной несимметричной составляющей. Решить эту задачу впервые удалось сотрудникам отдела многослойной рентгеновской оптики ИФМ РАН под руководством д.ф-м.н. Н. И. Чхало. Здесь в 2012 г. была создана уникальная установка для ионно-пучковой обработки оптических поверхностей, возможности которой позволяют создавать поверхности зеркал сколь угодно сложной формы. Именно на этой установке были созданы первые планоидные зеркала, позволяющие эффективно корректировать аберрацию получаемых снимков с помощью минимального числа оптических элементов.

Также в ИФМ РАН впервые была использована уникальная технология полировки подложек, позволяющая получать поверхности оптики с рекордным показателем шероховатости (гладкости). В результате достигнутая шероховатость оптических элементов для телескопа, в 30 раз меньше, чем шероховатость оптики для зрения. Примененная группой разработчиков под руководством Н. И. Чхало технология включает три стадии обработки: глубокую шлифовку-полировку, химико-механическую полировку и суперполировку ионами аргона, реже ксенона. Если первая стадия является стандартной и, в большинстве случаев, единственной, то две другие – технология химико-механической полировки (разработана ИФМ РАН совместно с ФИАН им. П. Н. Лебедева) и ионнопучковая суперполировка (разработка ИФМ РАН) – применялась также впервые.

Изучению ионосферы Земли в последнее время во всем мире уделяется огромное значение. Во-первых, физические свойства самой ионосферы еще мало изучены и все больше интересуют человечество, а, во-вторых, мониторинг ближнего космоса необходим для обеспечения безопасности функционирования спутников, осуществляющих современные средства связи и коммуникаций, а также обнаружения и изучения разных космических «пришельцев».

В настоящее время в г. Королеве Московской области собран макетный образец двухканального телескопа. Финишное тестирование разрешающей способности аппарата осуществлялось самими разработчиками. Для этих целей в ИФМ РАН был создан уникальный прибор для количественного определения разрешающей способности телескопа по всему полю зрения. Так как прибор является «эталоном», то он оказался даже сложнее и масштабнее, чем сам телескоп. Тестирование самого прибора показало, что вносимая им ошибка при тестировании телескопа составляет менее 1”.

Авторы убеждены, что предложенный ими подход, когда ионно-пучковые технологии используются не только для коррекции локальных ошибок формы оптических элементов, но и для их «глубокого» формообразования (переход от простейших асферик к более сложным) – это новый уровень создания телескопов с уникальными характеристиками. Например, использование этой технологии может сразу в несколько раз повысить поле зрения традиционной схемы Ричи – Кретьена без потери пространственного разрешения. И вдвойне приятно, что именно отечественные разработчики открывают этот путь.

С. Н. Вдовичев, И. В. Малышев, Н. Н. Салащенко, А. Е. Пестов, В. Н. Полковников, М. Н. Торопов, С. А. Чурин, Н. И. Чхало (ИФМ РАН – филиал ИПФ РАН);
И. Л. Струля (ОАО «Композит», г. Королев).

Установка ионно-пучковой обработки оптических элементов
Рабочая камера установки
Двухканальный телескоп
Тестирование телескопа на стенде