Pourquoi un miroir plié «comme une pomme de terre» permet-il aux télescopes spatiaux d'être plus petits et d'avoir un champ de vision plus large?

Je parcourais les articles en vedette de la NASA et je suis tombé sur ceci - Out With the Old, In With the New: Telescope Mirrors Get New Shape

Appelée optique de forme libre, cette technologie de miroir émergente, provoquée par les progrès de la fabrication et des tests contrôlés par ordinateur, a déclenché un changement radical dans l'ingénierie optique ... la technologie est très prometteuse pour les scientifiques qui souhaitent développer des télescopes compacts pour CubeSat et d'autres petits satellites - une alternative de plus en plus populaire et rentable aux missions plus traditionnelles dont la construction et le lancement coûtent plus cher.

Télescopes pour cubesats ?!

L'article avait cette illustration, et j'essaie de comprendre comment cela est converti en une image claire sans distorsion, et pourquoi ils disent que cela permet au télescope d'être beaucoup plus compact.

C'était un court article qui n'a même pas essayé d'expliquer cela, et quand je suis allé chercher d'autres articles sur le sujet pour des non-experts, j'ai trouvé zip. C'est peut-être très difficile à expliquer, mais j'ai pensé que je demanderais de toute façon. J'ai dit à un jeune enthousiaste il y a quelques semaines à peine qu'il n'était pas possible de lancer un télescope capable de quelque chose d'utile sur un cubesat. Oups...

space-telescope optics

— titulaire de kim veut Monica de retour
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Vous recherchez spécifiquement un article pour un grand public? Je pense que cette phrase doit être isolée ou certains pourraient penser que vous voulez une explication plus approfondie.

Un regard rapide sur les lunettes de forme libre, par exemple pour l'astigmatisme, pourrait aider à simplifier votre question à ceux de ce conseil.

@spacer bien, peut-être que le grand public est un terme fort. Ce que je veux dire, c'est que je n'ai rien trouvé, sauf des articles pour les gens sur le terrain. Je comprends les principes de la mise en forme des lentilles pour l'astigmatisme, mais je ne peux pas en venir à la façon dont la lumière réfléchie par un miroir en forme de selle est collectée et enregistrée sous forme d'image non déformée.

— détenteur du kim veut que Monica revienne

Vous obtenez une ouverture de 100 mm sur un cubesat. Avec l'optique classique, vous pouvez le "comprimer" avant le lancement, le faire ouvrir dans l'espace et repousser l'arrière de l'instrument plus loin vers l'avant. Avec une conception entièrement sphérique, comme un spot-Maksutov-Cassegrain, la collimation n'est pas si critique, donc je pense que la collimation survivrait au lancement et au déploiement. Complètement déployée elle ferait un peu plus de 300 mm de long, pas trop mal. Vous avez donc maintenant 100 mm d'ouverture au-dessus de l'atmosphère, sans pollution lumineuse, capables de très longs temps d'exposition. Je dirais que ce serait utile, vous pourriez faire des recherches avec.

— Florin Andrei

Mieux encore, regardez le principe du module complémentaire Hyperstar pour les SCT. Il vous donne un rapport focal f / 2, extrêmement rapide. Il ne nécessite qu'un miroir primaire et le correcteur devant la caméra. Combiné à l'absence de pollution lumineuse et aux temps d'exposition très longs qu'il permet, le rapport focal f / 2 pourrait vraiment réaliser quelque chose d'intéressant, à partir d'un pov de recherche Pas beaucoup de pouvoir de résolution avec une ouverture de 100 mm, mais le rp n'est pas tout. L'instrument f / 2 dans le vide pourrait très bien voir des objets étendus très faibles (comme certaines nébuleuses).

— Florin Andrei

L'optique de forme libre est une réponse au défi spécifique de l'entassement d'un télescope dans un espace très limité. Un instrument traditionnel aurait toutes les optiques symétriques et alignées sur le même axe. Cela gaspillerait beaucoup d'espace dans le cubesat. De plus, les dessins traditionnels ont tendance à être beaucoup plus longs qu’ils ne ils ne rentrent pas bien dans un cube; il est très difficile de fabriquer des instruments classiques aussi courts que larges.

Mais avec des optiques de forme libre, vous pouvez faire rebondir la lumière dans quelques directions dans le cube. Vous obtiendriez toujours une distance focale décente et vous utiliseriez tout le volume à votre disposition.

Étant donné que la lumière est réfléchie par les miroirs à des angles différents de la normale, vous ne pouvez pas utiliser les formes symétriques traditionnelles telles que parabolique, sphérique, etc. miroir (je simplifie), mais à un angle de réflexion de, disons, 45 degrés.

Dans un tel instrument, vous pourriez avoir plusieurs miroirs "chips de pomme de terre", comme dans le schéma ci-dessus. Vous devez concevoir l'instrument dans son ensemble; Les simulations informatiques ajusteront la forme de chaque miroir jusqu'à ce que les performances de l'ensemble de l'instrument soient proches d'une conception droite classique.

Pour autant que je sache, la précision de fabrication est telle que les optiques de forme libre ne sont utilisables qu'à de longues longueurs d'onde telles que l'infrarouge, où des optiques moins précises peuvent être utilisées. Mais la technologie s'améliore constamment. Cela dépend également de la quantité d'aberrations que vous pouvez tolérer dans votre image.

Pour une utilisation au niveau du sol, cela est moins utile, sauf si vous avez absolument besoin d'un télescope dans un très petit facteur de forme pour une raison quelconque. L'optique classique est toujours préférée lorsque l'espace et la forme ne sont pas limités.

— Florin Andrei
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Cela m'aide un peu, même si je ne suis même pas près de pouvoir imaginer cela. Donc, les parois intérieures du cubesat (qui pourrait aussi être un 6U - de 6 unités, je ne sais pas où est la coupure) ont ces miroirs en forme, et ils n'interfèrent pas avec l'ouverture? Le miroir en forme de selle sert-il de miroir primaire?

— titulaire du kim veut que Monica revienne

Je ne trouve pas un bon diagramme pour la conception de cubesat. Quoi qu'il en soit, les lois de l'optique exigent que vous ayez des miroirs "de forme libre" partout où l'angle de réflexion est loin d'être normal. L'idée n'est pas entièrement nouvelle, comme d'habitude en optique: google la conception Schiefspiegler pour une idée similaire, bien que les raisons y soient différentes; ils utilisent un miroir toroïdal pour une réflexion hors axe sans aberrations.

— Florin Andrei