Аэрокосмические фотоприемные устройства в видимом и инфракрасном диапозонах - Формозов Б.Н.
Скачать (прямая ссылка):
8.1. Зеркальные ОС
На больших наземных телескопах применяется однозеркальная система Ньютона. На БТА диаметр параболического зеркала 6 м, на верхнем конце "трубы" размещается ПИ и наблюдатель (в главном фокусе 25 м). На самолетах, ракетах и KA применяют многозеркальную ОС и линзовые компенсаторы и проекционные объективы, так как очень неудобно располагать ПИ в прямом фокусе перед зеркалом. На рис. 8.2 изображена двухзеркальная ОС Ньютона, а на рис. 8.3 - двухзеркальная ОС Кассегрена, где 1 - парабола; 2 -гипербола.
Рис. 8.2
56 1 F
^^ \ '
F 2
Рис. 8.3
Для того чтобы вынести вторичный
фокус F Оза пределы первичного (главного) зеркала, вторичное зеркало приходиться приближать к главому и увеличивать его диаметр. Получаем довольно большое " слепое" пятно в центре главного зеркала, которое собирает поток. Наличие гиперболического зеркала вместо
сферы устраняют сферические аберрации, но остаются хроматические. Для их устранения в отверстие в слепом пятне главного зеркала устанавливается проекционный объектив (обычно четырехлинзовый ахромат), а вторичное зеркало уменьшают в диаметре и отодвигают ближе к первичному фокусу F.
Нарис. 8.4 изображена ОС Kaccer-рена с проекцонным объективом - ком-пенатором хроматических аберраций, и с вынесением вторичного фокуса в удобную плоскость ПИ F1H, где 1 - первичное зеркало; 2 - вторичное зеркало; 3- проекционный объектив.
Такая ОС вторичный фокус FU переносит (проецирует) в плоскость
ПИ. Линзы объектива обычно делают из германия ГМО с просветлением; ? такого объектива ? 0,5. Зеркала покрывают полированным алюминием.
Эффективная площадь главного ^
зеркала из-за "слепого" пятна уменьшается. Известны ОС Кас-сегрена, выполненные с дифракционным качеством для КА диаметром D = 0,5-0,6 м.
Для тепловых головок самонаведения часто используют простые германиевые линзовые объективы. Но наилучшие показатели имеют ОС по системе Максутова (рис. 8.5).
Рис. 8.4
3
Рис. 8.5
57 Телескоп системы Максутова - очень компактный и небольшого диаметра.
При установке на тепловую головку самонаведения или головку навигации крылатой ракеты мениск 4 является элементом обтекателя и герметизации головки ракеты; 1 - главное зеркало; 2 - компенсатор;
3 - полуотражающий мениск.
Среди космических телескопов большого диаметра в США наилучшие показатели имеет телескоп Шмидта (рис. 8.6) (упрощенная схема).
На КА на геостационарных орбитах летают ПИ с телескопами Шмидта с D = 1,0 м, F= 1,5 м и углом поля зрения 16-17°, в котором обеспечивается качество на диффракционном пределе. Это -половина Земли (полушарие) с высоты 40000 км.
Недостатком системы Шмидта является неплоская фокальная поверхность. Она выпуклая с диаметром, равным фокусу. Очень сложен в изготовлении.
1
T\JT
LIi у
Рис. 8.6
8.2. Просветляющие покрытия
Просветляющие покрытия оптических материалов должны удовлетворять двум условиям: показатель преломления покрытия n обычно равняется корню квадратному из показателя преломления оптического материала, а оптическая толщина (произведение n на толщину покрытия) должна составлять 1/4 ?, на которой хотят получить минимальное отражение. Основные просветляющие материалы: ZnS, GeO2, TiO2, MgF2.
58 9. ОСНОВЫ КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ КРИОСТАТИРОВАНИЯ ФПУ АВИАЦИОННОГО И КОСМИЧЕСКОГО БАЗИРОВАНИЯ
В лабораторных условиях с использованием криогенных жидкостей и оптических криостатов обеспечивается нормальная работа ИК ТТФЭП, ИК-ПЗС с диодами на барьерах Шоттки и ПЗС видимого B, V, R, /-диапазонов МФС. С терморегулируемыми гелиевыми криостатами легко решается и задача криостатирования на уровне 40-60 К ИК-приемников на соединениях Hg - Cd - Te.
Однако в бортовых условиях все обстоит иначе. Тепловые головки самонаведения зенитных ракет, ракет воздух - воздух и воздух - поверхность, крылатых ракет и КА с аппаратурой на ?? = З-5 мкм, а, особенно, на ?? = 8-12 мкм, требуют применения различных микрокриогенных систем разомкнутого или замкнутого цикла.
Для понимания этой задачи необходимо кратко остановиться на основах техники глубокого охлаждения и наиболее интересных с точки зрения аэрокосмического применения МКС.
9.1. Методы получения криогенных температур.
Эффект Джоуля - Томсона
Наиболее распространенными криогенными циклами являются:
- дросселирование газов;
- адиабатическое расширение газов с отдачей внешней работы.
Рассмотрим идеальный газ:
где р - давление; V- объем; Т - температура; R - универсальная газовая постоянная.
Уравнение Пуассона для изоэнтропы
pV=RT,
(9.1)
Pi = Vi = P2V2 = pV = const, RT
откуда, подставляя p =-, получаем
к
к
(9.2)
59 Tl/kDl _ rp jrkDl
1XvX = T2V2 ,
т. е.
T2 ? Vi ш Ti DV2 ?
k Dl
(9.3)
VV rT
а подставляя V =-, получаем
P
Вспомним, что
K
І2
k Dl ? P2 ? k
tX ? Pl ?
Cp
Cp
ид. газа
Cv Cp DR'
(9.4)
(9.5)
k D l R
где Cp - теплоемкость газа при p = const, а Cvr- при V = const; —— = ¦—;
