¿Por qué los telescopios reflectores fuera del eje no son más populares para los telescopios espaciales? ¿Ha habido alguna vez?

tl;dr: Todavía no me queda 100% claro cuáles son todas las compensaciones ópticas entre los TMA en el eje y fuera del eje (ver más abajo), pero parte de la razón podría ser... ¿política ? Tenga en cuenta que encontré una referencia a un telescopio fuera del eje en el espacio (ver más abajo):

...el instrumento Landsat Data Continuity Mission/Operational Land Imager (LDCM/OLI) es un sistema de cuatro espejos de amplio campo de visión sin obstrucciones, y se ha informado que no tiene problemas ni demoras durante la fabricación y la alineación

Ver también

• ¿Por qué el campo de visión del telescopio espacial Nancy Grace Roman tiene la forma de un "fantasma" de PacMan?

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Del telescopio espacial romano Nancy Grace de Wikipedia; Historial y estado de la financiación :

desarrollo de la mision

El diseño original de Roman, llamado WFIRST Design Reference Mission 1, se estudió en 2011-2012 y presenta un telescopio anastigmático de tres espejos sin obstrucciones de 1,3 m (4,3 pies) de diámetro. ¹³ Contenía un solo instrumento, un espectrómetro de prisma sin ranuras/generador de imágenes del visible al infrarrojo cercano.

En 2012, surgió otra posibilidad: la NASA podría usar un telescopio de segunda mano de la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO) fabricado por Harris Corporation para llevar a cabo una misión como la planeada para Roman. NRO ofreció donar dos telescopios, del mismo tamaño que el telescopio espacial Hubble pero con una distancia focal más corta y, por lo tanto, un campo de visión más amplio. ¹⁴ Esto proporcionó un importante impulso político al proyecto , a pesar de que el telescopio representa solo una modesta fracción del costo de la misión y las condiciones de contorno del diseño NRO pueden hacer que el costo total supere el de un diseño nuevo.

¹³ Verde et al. (2012) Informe final del Telescopio de exploración de infrarrojos de campo amplio (WFIRST)

¹⁴ New York Times (4 de junio de 2012) Ex-telescopio espía puede obtener una nueva identidad como investigador espacial (¿a veces con un muro de pago?)

¿Qué (diablos) es un anastigmat de tres espejos?

Para un campo de visión estrecho, como cuando miramos un planeta a través de un telescopio de luz de enfoque de un objeto en la rendija de un espectrógrafo, un diseño normal de telescopio en el eje está bien.

Así es como funciona el Hubble, es un telescopio Ritchey-Chrétien estándar :

Un telescopio Ritchey-Chrétien (RCT o simplemente RC) es una variante especializada del telescopio Cassegrain que tiene un espejo primario hiperbólico y un espejo secundario hiperbólico diseñado para eliminar los errores ópticos fuera del eje (coma). El RCT tiene un campo de visión más amplio sin errores ópticos en comparación con una configuración de telescopio reflector más tradicional. Desde mediados del siglo XX, la mayoría de los grandes telescopios de investigación profesionales han sido configuraciones Ritchey-Chrétien; algunos ejemplos bien conocidos son el Telescopio Espacial Hubble, los telescopios Keck y el Very Large Telescope de ESO.

Aparentemente, este diseño ahora es "viejo y roto" y el Three Mirror Anastigmat es el "nuevo atractivo".

Un anastigmato de tres espejos es un telescopio anastigmático construido con tres espejos curvos, lo que le permite minimizar las tres aberraciones ópticas principales: aberración esférica, coma y astigmatismo. Esto se usa principalmente para habilitar campos de visión amplios, mucho más grandes de lo que es posible con telescopios con solo una o dos superficies curvas.

Un telescopio con un solo espejo curvo, como un telescopio newtoniano, siempre tendrá aberraciones. Si el espejo es esférico, sufrirá aberración esférica. Si el espejo se hace parabólico, para corregir la aberración esférica, entonces necesariamente debe sufrir coma y astigmatismo fuera del eje. Con dos espejos curvos, como el telescopio Ritchey-Chrétien, también se puede minimizar el coma. Esto permite un campo de visión útil más grande y el astigmatismo restante es simétrico alrededor de los objetos distorsionados, lo que permite la astrometría en el amplio campo de visión.Sin embargo, el astigmatismo se puede reducir mediante la inclusión de un tercer elemento óptico curvo. Cuando este elemento es un espejo, el resultado es un anastigmatismo de tres espejos. En la práctica, el diseño también puede incluir cualquier número de espejos plegables planos, que se utilizan para curvar la trayectoria óptica en configuraciones más convenientes.

¡Estos vienen en sabores dentro y fuera del eje!

Anastigmat de tres espejos en el eje

La trayectoria de la luz y los espejos de un telescopio Paul-Baker, un ejemplo de un anastigmatismo de tres espejos. https://www.ast.cam.ac.uk/about/tres-espejos.telescopio

Fuente

De Three Mirror Anastigmat:

Ejemplos

• El telescopio espacial James Webb es un anastigmatismo de tres espejos con un primario elipsoidal, un secundario hiperboloidal y un terciario elipsoidal. ⁶
• La misión Euclid utilizará un telescopio Korsch.
• El " Telescopio de Tres Espejos de la Universidad de Cambridge ". El proyecto incluye un modelo de trabajo de 100 mm construido en 1985 y un prototipo de 500 mm construido en 1986.
• El telescopio del Observatorio Vera C. Rubin (anteriormente conocido como Large Synoptic Survey Telescope) es un anastigmatismo modificado de tres espejos del diseño de Paul-Baker.
• Los telescopios KH-11 Kennen (o quizás el ahora cancelado Future Imagery Architecture ) pueden ser un anastigmatismo de tres espejos, ya que los telescopios de repuesto entregados a la NASA por la Oficina Nacional de Reconocimiento son de esta forma.
• El Extremely Large Telescope tendrá un diseño de anastigmatismo de tres espejos, con dos espejos plegables planos adicionales.
• Los satélites de observación de la Tierra Deimos‑2 y DubaiSat‑2 llevan un telescopio de diseño Korsch de anastigmatismo de tres espejos. ^7,8
• Espectrómetro de imágenes Ralph en la nave espacial New Horizons
• El Telescopio espacial Nancy Grace Roman , anteriormente llamado Telescopio de exploración de infrarrojos de campo amplio (WFIRST), emplea un anastigmatismo de tres espejos plegados con un primario elipsoidal, un secundario hiperboloidal y un terciario elipsoidal. ⁹ Un diseño anterior utilizaba un anastigmatismo de tres espejos fuera del eje. ¹⁰

⁶ "Diseño óptico y análisis del telescopio espacial James Webb: elemento de telescopio óptico" (pago)

⁷ DEIMOS-2: imágenes multiespectrales rentables y de muy alta resolución (actas de conferencias de pago) resumen visible )

⁸ "Especificaciones técnicas de DubaiSat 2" (enlace roto)

⁹ Diseño óptico y rendimiento previsto del conjunto óptico de imágenes de fase b de WFIRST y el instrumento de campo amplio (con paredes de pago, pero legible en Researchgate y NASA NTRS )

¹⁰ Estudio comercial de diseño óptico para el telescopio de sondeo infrarrojo de campo amplio (WFIRST) (también se puede leer en Researchgate )

Y así es como se vería el TMI fuera del eje:

Del Estudio Comercial de Diseño Óptico de 2012 para el Telescopio de Sondeo Infrarrojo de Campo Amplio (WFIRST) antes de que aceptaran el telescopio espía en el eje existente:

4.1 Descripción del IDRM

El principal cambio de JDEM-Omega es el cambio a una forma de telescopio despejada. Las ventajas de esta forma para la ciencia de la energía oscura se han señalado anteriormente (16-18), pero incluyen una MTF mejorada ya que no se necesita el gran oscurecimiento central para los deflectores de luz parásita (JDEM-Omega tenía un oscurecimiento lineal del 50 %), sensibilidad mejorada debido a que no hay pérdida de área y al aumento de la flexibilidad en el diseño debido al sesgo de apertura que permite de forma más natural la separación del haz. Una ventaja del uTMA sobre el sistema de tres espejos sin un foco intermedio es la posible reducción de la luz parásita mediante la colocación de un tope de campo en el foco intermedio, lo que limita la entrada de luz parásita en el volumen del instrumento. Los inconvenientes de la forma no oscurecida incluyen un mayor volumen total de empaque del telescopio, tolerancias de alineación algo más estrictas, y la fabricación y alineación de espejos potencialmente más difíciles. Sentimos que este último punto a menudo se exagera cuando se tienen en cuenta las mejoras en la fabricación de espejos y las herramientas de alineación.Por ejemplo, el instrumento Landsat Data Continuity Mission/Operational Land Imager (LDCM/OLI) es un sistema de cuatro espejos de amplio campo de visión sin oscurecimientos, y se ha informado que no tiene problemas ni demoras durante la fabricación y la alineación ¹⁹

¹⁹ Rendimiento óptico de post-alineación del telescopio OLI (con paredes de pago)

Lo que podría haber sido (apertura sin obstrucciones):

• Informe final de WFIRST del telescopio de exploración de infrarrojos de campo amplio; Equipo de definición científica (9 MB)

Figura 48: Seguimiento de rayos ópticos de carga útil DRM2

Qué es (seis paletas más obstrucción central):

• Telescopio de exploración de infrarrojos de campo amplio: activos del telescopio enfocado en astrofísica Informe final de WFIRST-AFTA (49 MB)

Figura 3-4: Los componentes del telescopio sin el conjunto del cilindro exterior.

Figura 3-5: La pupila de entrada del telescopio