DARPA прави космически телескоп с полимерна оптика

Американската Агенция за перспективни отбранителни научноизследователски разработки на САЩ DARPA стартира нова програма за преразглеждане на оптичните характеристики на съвременните космически телескопи.

Проектът носи името MOIRE, или Membrane Optical Imager for Real-Time Exploitation (Мембранно оптично устройство за формиране на изображения за експлоатация в реално време).

В рамките на тази програма се планира замяната на обичайната стъклена оптика с леки полимерни мембрани. Специалистите вече са се заели с разработката на нов пластмасов сгъваем телескоп с ширина 20 метра. Тази космическа обсерватория ще бъде способна да разгледа малко куче на повърхността на Земята от разстояние 36 000 км от планетата.

Орбиталните и космическите телескопи може да се използват за най-различни цели. Гиганти като „Хъбъл”, „Кеплер”, „Хершел” са направили революция в астрономията, запечатали са звездни купове, облаци прах и дори отделни планети в далечни системи.

Други телескопи са насочени към Земята и изпълняват най-различни задачи – от прогнозиране на времето до разузнаване на стратегически важни територии.

Проблемът е в това, че тези телескопи в голяма степен зависят от стъклени лещи и огледала. А стъклата имат редица недостатъци, един от които е голямата им маса. Огледалата на наземните телескопи са ограничени по размери, тъй като започват да се деформират под собственото си тегло.

При космическите обсерватории нещата са още по-зле – според данни на DARPA оптиката в космическите апарати се доближава към „критичната точка” – в даден момент учените ще имат нужда от толкова големи огледала, че вече никаква съвременна ракета няма да може да издигне цялата конструкция на орбита.

Ръководителите на проекта MOIRE предлагат да се „счупи стъкленият таван” и да се строят телескопи на бъдещето с използването на полимерни мембрани, които не само са сравними по качество със стъклото, но и ще направят огледалата сгъваеми.

Оптичен сегмент от новия телескоп.

Проектът ще бъде реализиран на два етапа. Той ще бъде насочен към създаването на технологии, които да бъдат използвани за разполагане на орбитален телескоп с висока резолюция на геостационарна орбита. С помощта на новата обсерватория се планира извършването на видеонаблюдение на повърхността на Земята в режим на реално време.

За създаването на оптичните елементи инженерите планират да използват полимерна мембрана, чиято дебелина няма да надвишава дебелината на обикновен полиетиленов филм. За разлика от обичайните лещи и огледала мембраната няма да отразява или пречупва светлината. Вместо това тя ще дифрактира лъчите подобно на Френелова леща с помощта на микроскопични концентрични канали, гравирани върху пластмасовата повърхност. Ширината на тези канали ще варира от няколкостотин до четири микрометра.

Оптичната мембрана създава дифракционна решетка.

Безспорно оптичните мембрани ще бъдат значително по-малко ефективни от стъклото. Но тъй като инженерите вече няма да са ограничени в размерите, космическите телескопи съществено ще се увеличат, без да стават жертва на масата си. Според експертите среден телескоп с полимерна мембрана ще тежи седем пъти по-малко от „стъкления”.

Мембраните ще бъдат монтирани в тънки метални „листчета”, които ще се сгъват като оригами и ще образуват космически апарат с ширина шест метра. След старта на геостационарна орбита спътникът ще се разгърне изцяло – от едната му страна ще са разположени мембранните лещи, а от другата – многобройните датчици. „Обективът” ще бъде до 20 метра в диаметър. Той ще фокусира светлината, след което датчиците ще формират изображението.

Ако замисълът се осъществи, това ще бъде най-големият телескоп от конструираните някога. Той ще бъде два пъти по-голям от всеки от двата телескопа на обсерваторията Кек (Keck Observatory). От геостационарна орбита „мембранният” телескоп ще обхваща с взора си до 40% от повърхността на Земята с резолюция до един метър при създаването на видео с един кадър в секунда.

Да добавим, че голяма част от работата над проекта вече е свършена. Съвместно с корпорацията Ball Aerospace & Technologies ръководителите на програмата MOIRE са демонстрирали наземния прототип на мембранния телескоп. Той притежава петметрова оптична секция, направена от полимерен филм. Телескопът MOIRE прави снимки с двойна ефективност в сравнение с други аналогични уреди.

Следващият етап на програмата ще бъдат орбитални изпитания на новия телескоп, които DARPA планира да проведе съвместно с ВВС на САЩ в рамките на проекта FalconSAT-7.