11.12.2013 | Наука

DARPA создает складной космический телескоп с полимерной оптикой

Американское Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США DARPA запустило новую программу по пересмотру оптических характеристик современных космических телескопов.

Проект получил название MOIRE или Membrane Optical Imager for Real-Time Exploitation ("Мембранное оптическое устройство формирования изображения для эксплуатации в реальном времени").

В рамках этой программы планируется заменить привычную стеклянную оптику на лёгкие полимерные мембраны. Специалисты уже занялись разработкой нового пластикового складного орбитального телескопа, ширина которого составит 20 метров. Эта космическая обсерватория будет в силах разглядеть небольшую собачку на поверхности Земли с расстояния в 36 тысяч километров от планеты.

Орбитальные и космические телескопы могут использоваться для самых разных целей. Такие гиганты, как "Кеплер", "Хаббл" и "Гершель" произвели революцию в астрономии, запечатлели звёздные скопления, облака пыли и даже отдельные планеты в отдалённых системах.

Другие телескопы направлены на Землю и выполняют самого разного рода задачи: от прогнозирования погоды до разведывания стратегически важных территорий.

Проблема в том, что эти телескопы в значительной степени зависят от стеклянных линз и зеркал. А у стекла есть масса недостатков, один из которых — относительно большая масса. Зеркала наземных телескопов ограничены в размерах, поскольку они начинают деформироваться под собственным весом. С космическими обсерваториями дело обстоит ещё хуже: по данным DARPA, оптика в космических аппаратах приближается к "точке невозврата" — в какой-то момент учёным понадобятся столь крупные зеркала, что уже никакая современная ракета не сможет поднять всю конструкцию на орбиту Земли.

Руководители проекта MOIRE предлагают "сломать стеклянный потолок" и строить телескопы будущего с использованием полимерных мембран, которые не только сравнимы по качеству со стеклом, но и также сделают "зеркала" складными.

Проект будет реализован в два этапа. Он будет направлен на создание технологий, которые могли бы быть использованы для размещения орбитального телескопа высокого разрешения на геостационарной орбите. С помощью новой обсерватории планируется совершать видеонаблюдение за поверхностью Земли в режиме реального времени.

Для создания оптических элементов инженеры планируют использовать полимерную мембрану, толщина которой не будет превышать толщину обычной бытовой полиэтиленовой пленки. В отличие от обычных линз и зеркал мембрана не будет отражать или преломлять свет. Вместо этого она будет дифрагировать лучи подобно линзе Френеля с помощью микроскопических концентрических канавок, выгравированных на пластиковой поверхности. Ширина этих канавок будет варьироваться от нескольких сотен до четырёх микрометров.

Безусловно, оптические мембраны будут значительно менее эффективны, чем стекло. Но, так как инженеры более ну будут ограничены в размерах, космические телескопы можно будет существенно увеличить, не жертвуя при этом их массой. По подсчётам экспертов, средний телескоп с полимерной мембраной будет весить в семь раз меньше "стеклянного".

Мембраны будут вмонтированы в тонкие металлические "лепестки", которые будут складываться как оригами и образовывать космический аппарат шириной в шесть метров. После запуска на геостационарную орбиту спутник развернётся во всей красе: с одной стороны будут располагаться мембранные линзы, а с другой — многочисленные датчики. "Объектив" будет составлять до 20 метров в диаметре. Он будет фокусировать свет, после чего датчики будут формировать изображение.

Если задумку удастся осуществить, то это будет самый крупный телескоп из когда-либо сконструированных. Он будет вдвое больше каждого из двух телескопов Обсерватории Кека (Keck Observatory). С геостационарной орбиты "мембранный" телескоп будет охватывать свои взором до 40% поверхности Земли с разрешением до одного метра при создании видео на один кадр в секунду.

Добавим, что большая часть работы над проектом уже проделана. Совместно с корпорацией Ball Aerospace & Technologies, своим основным подрядчиком, руководители программы MOIRE продемонстрировали наземный прототип "мембранного" телескопа. Он обладает пятиметровой оптической секцией, сделанной из полимерной плёнки. Телескоп MOIRE делает снимки с двойной эффективностью по сравнению с другими аналогичными приборами.

Следующим этапом программы будут орбитальные испытания нового прибора, которые DARPA планирует провести совместно с ВВС США в рамках их проекта FalconSAT-7.

По публикациям UkrNet