КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 20-19-00597

НазваниеАдаптивная оптика для 6-ти метрового телескопа САО РАН

РуководительШелдакова Юлия Вячеславовна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2024 г.

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (45).

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-601 - Теория, методы проектирования и эффективность функционирования технических систем

Ключевые словаатмосферная турбулентность,телескоп, адаптивная оптика, аэрозольное рассеяние, алгоритм апертурного зондирования, адаптивная оптика, деформируемое зеркало на толкателях

Код ГРНТИ29.31.29

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект направлен на продолжение тематики повышения эффективности 6-метрового астрономического телескопа БТА САО РАН, работающего в условиях сильной атмосферной турбулентности и аэрозольного рассеяния. Проводимая программа реконструкции спектрографа высокого разрешения (НЭС) фокуса Нэсмита 6-метрового телескопа БТА в сочетании с совершенствованием системы обработки спектральных изображений, исчерпала ресурс повышения эффективности путем оптимизации параметров отдельных оптических элементов в рамках классической оптической схемы эшелле-спектрографа скрещенной дисперсии. Дальнейшее повышение эффективности возможно за счет изменения масштаба изображения на входе в спектрограф, причем изменение масштаба изображения не должно сопровождаться изменением сходимости светового пучка. Данное условие возможно выполнить только при использовании резателей изображения и/или путем установки перед входом в спектрограф адаптивной оптической системы, исправляющей искажения волнового фронта, вызванные как температурной деформацией поверхности главного зеркала, так и атмосферной турбулентностью. В рамках выполнения проекта 2020 был собран макет системы адаптивной оптики, включающий в себя три контура: контур стабилизации положения излучения и два контура на основе деформируемых зеркал, предназначенные для компенсации крупно- и мелкомасштабных искажений. Данная система оказалась достаточно громоздкой, поскольку для ответвления излучения на датчики использовалось большое количество зеркал и светоделительных элементов. Этот аспект затруднил размещение разработанной системы перед спектрографом в реальных условиях. Поэтому оптическую схему необходимо оптимизировать, в том числе с целью уменьшения физических размеров. Если сознательно временно ограничить спектральный диапазон НЭС до величины 400-800 мм, это даст возможность устанавливать зеркальные оптические элементы с более эффективным отражающим покрытием, а также использовать весь свет в ближнем ИК-диапазоне (длина волны более 800 нм) для диагностики излучения и вычисления управляющих сигналов для адаптивных оптических элементов. Если для работы диагностической части адаптивной системы окажется достаточным использования только инфракрасной части света, это обеспечит максимальную мощность излучения в фокусе Нэсмита БТА. Испытание датчика волнового фронта в ближнем ИК-диапазоне при разных погодных условиях по точечным источникам различной яркости позволят экспериментально определить пределы работы адаптивной оптической системы на входе в спектрограф. Располагая возможностью использования современных платформ обработки для систем реального времени от передовых мировых технологических концернов, удалось сформировать цифровой тракт для системы коррекции волнового фронта с линией задержки меньше 15 мкс. Если задаться целью дальнейшей минимизации этого параметра, можно использовать, одноканальные преобразователи с параллельными интерфейсами: такая конфигурация сократит линию задержки ещё в 3 раза. Эта модификация ускорит разработанный гибридный алгоритм управления адаптивным зеркалом, который при наличии возможности быстрого перебора напряжений на электродах зеркала позволит отказаться от использования датчиков волнового фронта и управлять двумя адаптивными зеркалами в рамках одного контура. Также необходимо построить и проверить полную численную модель адаптивной системы, которая позволит с высокой точностью прогнозировать результаты лабораторных и натурных экспериментов в адаптивной оптике и определять число и координаты оптических вихрей. При этом анализ распределения особых точек будет использоваться для разработки методики регистрации внутреннего масштаба атмосферной турбулентности. В свою очередь, определение влияния внутреннего масштаба турбулентности на качество компенсации искажений излучения может оказать значительное влияние на развитие атмосферной адаптивной оптики.

Ожидаемые результаты
Проект направлен на продолжение тематики повышения эффективности 6-метрового астрономического телескопа БТА САО РАН, работающего в условиях сильной атмосферной турбулентности и аэрозольного рассеяния. Данная тематика является актуальной и для других крупных телескопов, расположенных на территории РФ (Телескоп Цейсс-2000 в Терскольской обсерватории, Зеркальный Телескоп им. акад. Г.А. Шайна ЗТШ в Крымской астрофизической обсерватории, зеркальный телескоп SAI25 в Кавказской горной обсерватории), которые также работают в неблагоприятных астроклиматических условиях. В результате выполнения проекта будет модифицирован макет системы адаптивной оптики, предназначенный для 6-метрового астрономического телескопа БТА САО РАН. Для диагностической части адаптивной системы будет использована инфракрасная составляющая светового излучения, что при ограничении спектрального диапазона НЭС до величины 400-800 нм позволит использовать зеркальные оптические элементы с более эффективным отражающим покрытием. Испытания датчика волнового фронта в ближнем ИК-диапазоне при разных погодных условиях по точечным источникам различной яркости позволят экспериментально определить пределы работы адаптивной оптической системы в фокусе Нэсмита БТА. Для внедрения адаптивной системы в оптическую схему фокуса Нэсмита необходимо ввести целый ряд оптических элементов, а именно: зафокальный коллиматор, формирующий на гибком биморфном зеркале сопряженный зрачок размером, согласованным с размером активной области биморфного зеркала, проекционный объектив, формирующий сопряженный зрачок на микролинзовом растре датчика волнового фронта, а также объектив, формирующий изображение после адаптивной системы на входе в спектрограф НЭС. Причем все эти оптические элементы должны располагаться в предщелевой части НЭС и не менять расположения оптических элементов телескопа и спектрографа. В рамках данного проекта планируется выполнить оптический расчет, изготовление и испытание на телескопе БТА всех перечисленных элементов. Также будет построена и проверена полная численная модель адаптивной системы, которая позволит с высокой точностью прогнозировать результаты лабораторных и натурных экспериментов в адаптивной оптике, а также определять число и координаты оптических вихрей. Будет определено влияние вихрей на эффективность коррекции атмосферных искажений излучения. Анализ распределения особых точек позволит разработать методику регистрации внутреннего масштаба атмосферной турбулентности. Внедрение новых методов окажет значительное влияние на развитие атмосферной адаптивной оптики. Результаты выполнения и реализации проекта будут доложены на всероссийских и международных симпозиумах по оптике и астрономии, а также опубликованы в российских и международных журналах по оптике и астрономии.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---