Perché uno specchio piegato "come una patatina" consente ai telescopi spaziali di essere più piccoli e avere un campo visivo più ampio?

Stavo sfogliando gli articoli in primo piano della NASA e mi sono imbattuto in questo: Out With the Old, In With the New: Telescope Mirrors Get New Shape

Chiamata ottica a forma libera, questa tecnologia emergente a specchio, causata dai progressi nella fabbricazione e nei test controllati da computer, ha innescato un cambiamento radicale nell'ingegneria ottica ... la tecnologia ha una grande promessa per gli scienziati che vogliono sviluppare telescopi compatti per CubeSat e altri piccoli satelliti: un'alternativa sempre più popolare ed economica alle missioni più tradizionali che sono più costose da costruire e lanciare.

Telescopi per cubesats ?!

L'articolo aveva questa illustrazione e sto cercando di capire come questo viene convertito in un'immagine chiara senza distorsioni e perché dicono che consente al telescopio di essere molto più compatto.

Era un breve articolo che non cercava nemmeno di spiegarlo, e quando sono andato alla ricerca di altri articoli sull'argomento per i non esperti ho trovato zip. Forse questo è molto stimolante da spiegare, ma ho pensato di chiedere comunque. Ho detto a un giovane entusiasta solo poche settimane fa che non era possibile lanciare un telescopio capace di qualcosa di utile su un cubesat. Spiacenti ...

space-telescope optics

— il detentore di Kim vuole che Monica torni
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Stai specificatamente cercando un articolo per un pubblico generico? Penso che quella frase dovrebbe essere individuata o qualcuno potrebbe pensare che tu voglia una spiegazione più profonda.

Una rapida occhiata agli occhiali a mano libera, diciamo per l'astigmatismo, potrebbe aiutare a semplificare la tua domanda a quelli su questa tavola.

@spacer bene, forse il pubblico generale è un termine forte. Quello che voglio dire è che non ho trovato nulla tranne gli articoli per le persone sul campo. Comprendo i principi della modellatura dell'obiettivo per l'astigmatismo, ma non riesco a capire da dove viene raccolta e salvata la luce riflessa da uno specchio a forma di sella come immagine non distorta.

— detentore di Kim vuole che Monica torni il

Ottieni un'apertura di 100 mm su un cubesat. Con l'ottica classica, è possibile "comprimerlo" prima del lancio, aprirlo nello spazio e spingere il retro dello strumento più lontano dalla parte anteriore. Con un design completamente sferico, come uno spot-Maksutov-Cassegrain, la collimazione non è così critica, quindi penso che la collimazione sopravviverebbe al lancio e allo schieramento. Completamente schierato sarebbe lungo poco più di 300 mm, non male. Quindi ora hai 100 mm di apertura sopra l'atmosfera, privo di inquinamento luminoso, capace di tempi di esposizione molto lunghi. Direi che sarebbe utile, potresti fare qualche ricerca con esso.

— Florin Andrei,

Meglio ancora, guarda il principio del componente aggiuntivo Hyperstar per SCT. Ti dà un rapporto focale f / 2, tremendamente veloce. Richiede solo uno specchio primario e il correttore davanti alla telecamera. Combinato con l'assenza di inquinamento luminoso e i tempi di esposizione molto lunghi abilitati da esso, il rapporto focale f / 2 potrebbe davvero ottenere qualcosa di interessante, da un punto di vista della ricerca Non molta potenza di risoluzione con apertura di 100 mm, ma rp non lo è qualunque cosa. Lo strumento f / 2 in un vuoto sarebbe in grado di vedere oggetti deboli molto deboli (come alcune nebulose) molto bene.

— Florin Andrei,

L'ottica a forma libera è una risposta alla sfida specifica di stipare un telescopio in uno spazio molto limitato. Uno strumento tradizionale avrebbe tutte le ottiche simmetriche e allineate sullo stesso asse. Sprecherebbe molto spazio all'interno del cubesat. Inoltre, i design tradizionali tendono ad essere molto più lunghi di quanto siano più ampi; non si adattano bene a un cubo; è molto difficile realizzare strumenti classici che siano corti quanto larghi.

Ma con l'ottica a forma libera potresti far rimbalzare la luce in alcune direzioni all'interno del cubo. Raggiungeresti comunque una lunghezza focale decente e utilizzeresti tutto il volume a tua disposizione.

Poiché la luce viene riflessa dagli specchi ad angoli diversi dal normale, non è possibile utilizzare le forme simmetriche tradizionali come paraboliche, sferiche, ecc. In pratica è necessario prendere un paraboloide e schiacciarlo in una direzione in modo che funzioni allo stesso modo di un parabolico specchio (sto semplificando), ma con un angolo di riflessione, diciamo, di 45 gradi.

In un tale strumento potresti avere più specchi "patatine", come nel diagramma sopra. Devi progettare lo strumento nel suo insieme; le simulazioni al computer regolano la forma di ogni specchio fino a quando le prestazioni dell'intero strumento non si avvicinano al classico design dritto.

Per quanto ne so, la precisione di fabbricazione è tale che l'ottica a forma libera è utilizzabile solo a lunghezze d'onda lunghe come l'infrarosso, dove è possibile utilizzare un'ottica meno precisa. Ma la tecnologia migliora continuamente. Dipende anche da quanta aberrazione puoi tollerare nella tua immagine.

Per l'utilizzo da terra, questo è meno utile, a meno che per qualche motivo non sia assolutamente necessario un telescopio in un fattore di forma molto piccolo. Le ottiche classiche sono ancora preferite quando lo spazio e la forma non sono limitati.

— Florin Andrei
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Questo mi aiuta un po ', anche se non sono nemmeno vicino a poterlo immaginare. Quindi le pareti interne del cubesat (che potrebbe essere anche un 6U - di 6 unità, non so dove sia il taglio) hanno questi specchi sagomati e non interferiscono con l'apertura? Quello a forma di sella entra come uno specchio primario?

— detentore di Kim vuole che Monica torni il

Non riesco a trovare un buon diagramma per il design cubesat. Ad ogni modo, le leggi dell'ottica richiedono di avere specchi "a forma libera" ovunque l'angolo di riflessione sia tutt'altro che normale. L'idea non è del tutto nuova, come al solito in ottica: google il design Schiefspiegler per un'idea simile, anche se le ragioni sono diverse; usano uno specchio toroidale per la riflessione fuori asse senza aberrazioni.

— Florin Andrei,