автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Новые подходы к задаче построения особо компактных оптических систем для микро- нано- и пико- спутников

Цели выполнения диссертационной работы.

Содержание:.

Введение.

Под космическими системами военного назначения принято понимать [В1] любую спутниковую систему, полностью, либо преимущественно предназначенную для обеспечения функционирования вооруженных сил в мирное время и/или в боевых условиях.

По характеру выполняемых функций космические системы военного назначения можно разделить на 3 основные группы: боевые, разведывательные и вспомогательные.

Боевые системы предназначены непосредственно для поражения целей в космосе или на Земле. Именно эти системы имеются в виду, когда речь идет о космическом оружии или милитаризации космоса.

Разведывательные системы обеспечивают наблюдение за военной или около военной деятельностью противостоящей стороны, позволяя отслеживать как постепенные изменения общего стратегического потенциала, так и оперативные локальные перегруппировки сил.

Вспомогательные системы предназначены для инспекционного контроля космических станций, обеспечения связи, навигации и тому подобных функций, не являющихся специфически военными, но, тем не менее, жизненно важных для выполнения вооруженными силами своих боевых задач.

В диссертационной работе рассматриваются аспекты построения оптических системам для перспективных спутников предназначенных для разведывательных целей.

Космическая разведка, как и всякая другая, предназначена для получения легально недоступной информации о деятельности иных государств, от других видов технической разведки она отличается только способом размещения средств сбора данных.

Космическое базирование технических средств наблюдения обладает уникальными преимуществами, делающими космическую разведку во многом незаменимой. Поскольку международно признаваемый суверенитет государств распространяется только на атмосферное пространство над их территорией [В1], разведывательные спутники могут вполне законно приближаться к любому объекту на этой территории на расстояние около 100 километров, как бы он ни был удален от государственных границ. Кроме того, трасса движения спутника периодически проходит над всеми точками поверхности Земли в определяемой наклонением рабочей орбиты полосе широты, что позволяет обеспечить глобальное наблюдение с помощью небольшого числа одновременно функционирующих аппаратов.

Преимущества использования космического пространства для слежения за поверхностью Земли были осознаны еще до запуска первых спутников, и с начала космической эры разведывательные спутиики заняли одно из главных мест в космических программах, как США, так и СССР. Космическая разведка разделяется на оптическую и радиотехническую разведки.

Оптические спутниковые изображения служат, прежде всего, для определения стратегического потенциала противника, изучения расположения его военных и промышленных объектов, таких как военные базы, командные центры, полигоны, оборонные предприятия и т.д. Помимо стратегического планирования данные космического наблюдения принципиально важны для контроля действующих международных соглашений по ограничению вооружений.

Первым направлением космической разведки стали системы оптического наблюдения, явившиеся логическим развитием аэрофотосъемки. Первый снимок земной поверхности с высоты 200-220 км был получен в 1957 году с борта геофизической ракеты типа Р2А специально приспособленным аэро-фотоаппаратом АФА-39, изготовленным Красногорским Механическим Заводом.

Первым советским фоторазведчиком стал «Космос-4», выведенный на орбиту 26 апреля 1962 г. и через 3 суток совершивший объявленную посадку в заданном районе.

С июля по декабрь 1962 г. еще 4 спутника «Космос» были запущены с Байконура носителями А-1 на орбиты, аналогичные орбитам пилотируемых «Востоков». Все они были возвращены по прошествии 4 или 8 суток, но в отличие от «Космоса-4» о посадках этих, как и сотен последовавших за ними возвращаемых спутников официально не объявлялось.

Созданные на базе кораблей «Восток» автоматические аппараты, получившие название «Зенит», на несколько десятилетий стали основой систем космической фоторазведки. За это время они неоднократно модернизировались и приспосабливались к конкретным задачам, таким, как обзорная съемка больших площадей, детальное фотографирование районов особого интереса, стереоскопическая съемка, однако, базовая конструкция сохранилась на протяжении более 30 лет.

В настоящее время остро стоит вопрос о кардинальном изменении как стратегии построения спутниковых систем разведки и наблюдения, так и приборных комплексов, устанавливаемых на космические платформы.

Речь идет о создании системы оперативной разведки поля боя, которая должна соединять преимущества космических аппаратов (недосягаемость для средств ПВО противника и глобальность разведки) с достоинствами воздушных беспилотных летательных аппаратов (большая продолжительность наблюдения и высокая оперативность доклада данных).

В качестве прототипа много спутниковой системы рассматривается система США из 24 космических аппаратов (КА), размещенная на низких круговых орбитах высотой 770 км, которая должна обеспечить высокую частоту просмотра театра военных действий (1015 мин), что не позволит противнику осуществлять незаметную передислокацию. Проект получил наименование "Дискавери-2" (считается, что первая система, "Дискавери-1", положила начало в 60-х годах созданию космических средств фотографической разведки).

Сочетание режимов работы РЛС и оптических средств позволит оператору-дешифровщику изображений последовательно решать весь цикл задач, связанных с поиском, обнаружением и распознаванием целей, определением их координат для дальнейшей выдачи целеуказаний средствам поражения.

В диссертационной работе рассматриваются новые аспекты построения оптических систем для перспективных спутников, предназначенных для разведывательных целей.

Список литературы к введению:

В. 1. Максим Тарасенко Военные аспекты советской космонавтики. http://altrs.narod.rU/Bluebook/D l.htm В. 2. Сергей Деревяшкин, Самый северный космодром планеты, журнал "Воздушно-космическая оборона", №1, 2002г

Выводы по главе 1.

В главе 1. Последовательно рассмотрены задачи и цели, возлагаемые на малые спутниковые системы, технико-экономическое обоснование (3.2.1. Л .2.3.) тенденций замены больших спутников (Раздел 1.2.4.) на малые, мини-, микро- нано- и пико-спутники. (Раздел 1.3.)

Обоснован подход к созданию оптических систем, использующих последние достижения но созданию: твердотельных радиоэлектронных приборов и микросхем, лазерных гиросистем,

ПЗС - приборов и облегченной оптики, Возможности использования на борту спутников следующих поколений более эффективных солнечных панелей с концентраторами, фото преобразователями и электробатареями, малогабаритных и легких твердотельных запоминающих устройств (ЗУ), бортовых процессоров и новейших микро электромеханических систем MEM меняет требования к оптическим системам. Новые перспективы открываются с использованием приемников сигналов космической радионавигационной системы (КРНС) GPS.

Как это очевидно, на малых и даже мини спутниках для задач разведки могут быть использованы длиннофокусные многозеркальные оптико-электронные систем (ОЭС) с фокусным расстоянием до 10м, диаметром зеркала 0,4-0,6 м и с многоэлементными ПЗС-матрицами (количество элементов от десятков тысяч до миллионов пикселей).

Для задач оснащения микро-, нано-, и пико спутников оптико-электонными системами необходимо искать другие решения. Дело в том, что на этих спутниках принципиально невозможно разместить длиннофокусные многозеркальные оптические системы, да еще и с входными окнами 0,4-0,6 м. Поиску этих решений и будет служить настоящая диссертационная работа.

1. Г.Г. Кудрявцев, В.В. Литвиненко. Малые спутники связи: Революция илиэволюция? // «Вестник связи» №12, 2000 г.2. Via Satellite 07.99,03.003. «Новости космонавтики». №7 2001 г.

2. Space News November 20, 2000

3. Системы ракет и космических аппаратов http://www.yuzhnoye.dp.ua/spaceve/rck.htni

4. Виктор Крамаренко. Американский НАВСТАР процветает, российский ГЛОНАССдышит на ладан. «Независимое военное обозрение», 31 (301) 6 сентября 2002 г.

5. Владислав Сорокин, "Новости космонавтики", "Янтарная история", N 17-19 за1997 год.

6. Курс астрофизики и звездной астрономии. Т.1 Методы исследований и аппаратура.-М.:Наука.Гл.ред.физ.-мат.лит., 1973.-608с

7. Глава 2. Обзор по патентно-библиографическому поиску по направлению "особо компактные и сверх светосильные оптическиесистемы".

8. Зеркально-линзовые системы П.П. Аргунова и Ю.А. Клевцова.

9. Для задач сутниковой разведки наиболее предпочтительными схемами являются телескопические системы и системы сверх-светосильных зеркальных систем.21.1. Зеркально-линзовые системы П.П. Аргунова 1.2,4.

10. Рис.2. Оптическая схема катадиоптрического телескопа. 1 главное сферическое зеркало; 2 - положительная линза; 3 - отрицательная зеркальная линза; 4 - окуляр.

11. С целью анализа путей построения компактных телескопических систем с малым остаточным хроматизмом П.П. Аргуновым были выполнены сравнительные расчеты показавшие следующие результаты:

12. Рис. 3. Остаточный хроматизм различных телескопов. Е, АБ, А для рефрактора с различными объективами. 2,4,7 - для катадиоптрического телескопа с различными вариантами

13. В конечном счете П.П. Аргунов пришел к следующим вариантам построения катодиоптрических систем:

14. Характеристика вариантов с комбинацией стекол ТФЗ, ТК4

15. Рис. 5.а. Общий вид опытного экземпляра телескопа.

16. Рис. 5.6. Портативный 160-миллиметровый телескоп с пред фокальным изохроматическим корректором.