¿Por qué un espejo doblado 'como una patata frita' permite que los telescopios espaciales sean más pequeños y tengan un campo de visión más amplio?

Estaba buscando artículos destacados de la NASA y encontré esto: Fuera lo viejo, dentro lo nuevo: los espejos del telescopio adquieren una nueva forma

Llamada óptica de forma libre, esta tecnología emergente de espejos, provocada por los avances en la fabricación y las pruebas controladas por computadora, ha desencadenado un cambio radical en la ingeniería óptica... la tecnología es muy prometedora para los científicos que desean desarrollar telescopios compactos para CubeSat y otros telescopios pequeños. Satélites: una alternativa cada vez más popular y rentable a las misiones más tradicionales que son más costosas de construir y lanzar.

¿ Telescopios para cubesats ?

El artículo tenía esta ilustración, y estoy tratando de averiguar cómo se convierte en una imagen clara sin distorsiones, y por qué dicen que permite que el telescopio sea mucho más compacto.

diseño de espejo de óptica de forma libre

Era un artículo breve que ni siquiera intentaba explicar esto, y cuando busqué otros artículos sobre el tema para los no expertos, encontré zip. Tal vez esto sea muy difícil de explicar, pero pensé en preguntar de todos modos. Hace unas semanas le dije a un joven entusiasta que no era posible lanzar un telescopio capaz de algo útil en un cubesat. Ups...

¿Está buscando específicamente un artículo para una audiencia general? Creo que esa oración debe destacarse o algunos podrían pensar que desea una explicación más profunda.
Una mirada rápida a los anteojos de forma libre, por ejemplo, para el astigmatismo, podría ayudar a simplificar su pregunta a los de este foro.
@spacer bueno, tal vez audiencia general es un término fuerte. Lo que quiero decir es que no encontré nada excepto artículos para personas en el campo. Entiendo los principios de la forma de la lente para el astigmatismo, pero no puedo entender cómo la luz reflejada en un espejo con forma de silla de montar se recolecta y se guarda como una imagen sin distorsiones.
Obtienes una apertura de 100 mm en un cubesat. Con la óptica clásica, podría "comprimirlo" antes del lanzamiento y hacer que se abriera en el espacio y empujar la parte posterior del instrumento más lejos del frente. Con un diseño completamente esférico, como un Maksutov-Cassegrain puntual, la colimación no es tan crítica, por lo que creo que la colimación sobreviviría al lanzamiento y despliegue. Completamente desplegado tendría un poco más de 300 mm de largo, no está mal. Así que ahora tiene 100 mm de apertura por encima de la atmósfera, libre de contaminación lumínica, capaz de tiempos de exposición muy largos. Diría que sería útil, podrías investigar un poco con él.
Mejor aún, mire el principio del complemento Hyperstar para SCT. Te da una relación focal f/2, tremendamente rápida. Solo requiere un espejo primario y el corrector delante de la cámara. Combinado con la ausencia de contaminación lumínica y los tiempos de exposición muy largos que permite, la relación focal f/2 realmente podría lograr algo interesante, desde un punto de vista de investigación. No hay mucho poder de resolución con una apertura de 100 mm, pero rp no lo es. todo. El instrumento f/2 en el vacío sería capaz de ver muy bien objetos extendidos muy tenues (como algunas nebulosas).

Respuestas (1)

La óptica de forma libre es una respuesta al desafío específico de meter un telescopio en un espacio muy limitado. Un instrumento tradicional tendría todas las ópticas simétricas y alineadas en el mismo eje. Desperdiciaría mucho espacio dentro del cubesat. Además, los diseños tradicionales tienden a ser mucho más largos que anchos; no caben bien en un cubo; es muy difícil hacer instrumentos clásicos que sean tan cortos como anchos.

Pero con la óptica de forma libre podría hacer rebotar la luz en algunas direcciones dentro del cubo. Todavía lograría una distancia focal decente y usaría todo el volumen disponible para usted.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Dado que la luz se refleja en los espejos en ángulos diferentes de los normales, no puede usar las formas simétricas tradicionales, como parabólica, esférica, etc. Básicamente, debe tomar un paraboloide y aplastarlo en una dirección para que funcione de la misma manera que un parabólico. espejo (estoy simplificando), pero en un ángulo de reflexión de, digamos, 45 grados.

En tal instrumento, podría tener múltiples espejos de "papas fritas", como en el diagrama anterior. Tienes que diseñar el instrumento como un todo; Las simulaciones por computadora ajustarán la forma de cada espejo hasta que el rendimiento de todo el instrumento se acerque a un diseño recto clásico.

Por lo que puedo decir, la precisión de fabricación es tal que la óptica de forma libre solo se puede usar en longitudes de onda largas como el infrarrojo, donde se pueden usar ópticas menos precisas. Pero la tecnología mejora todo el tiempo. También depende de cuánta aberración puedas tolerar en tu imagen.

Para el uso desde el nivel del suelo, esto es menos útil, a menos que necesite absolutamente un telescopio en un factor de forma muy pequeño por alguna razón. Todavía se prefieren las ópticas clásicas cuando el espacio y la forma no están restringidos.

Esto me ayuda un poco, aunque ni siquiera estoy cerca de poder imaginar esto. Entonces, las paredes internas del cubesat (que también podría ser un 6U, de 6 unidades, no sé dónde está el corte) tienen estos espejos en forma, ¿y no interfieren con la apertura? El que tiene forma de silla de montar entra como espejo primario?
No puedo encontrar un buen diagrama para el diseño de cubesat. De todos modos, las leyes de la óptica requieren que tenga espejos de "forma libre" donde el ángulo de reflexión esté lejos de ser normal. La idea no es del todo nueva, como suele ser habitual en óptica: busca en Google el diseño de Schiefspiegler para una idea similar, aunque los motivos son diferentes; utilizan un espejo toroidal para la reflexión fuera del eje sin aberraciones.
He visto esta forma antes. Es más o menos el sólido reflectante del visor de la cámara.
¿Por qué un espejo doblado 'como una patata frita' permite que los telescopios espaciales sean más pequeños y tengan un campo de visión más amplio?
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