Toma de fotografías detalladas de satélites usando iluminación láser

Una ecuación común para expresar la mejor resolución de un sistema óptico se basa en la superposición de dos discos Airy

$$sin(\theta)\approx \theta \approx 1.22 \frac{\lambda}{D}$$

Puede preguntar qué tamaño de apertura en la Tierra tendría un límite de difracción de su propio tamaño en LEO;

$$\frac{D}{L} \approx 1.22 \frac{\lambda}{D}$$

$$D^2 \approx 1.22 \lambda L$$

$$D \approx 1.1 \sqrt{ \lambda L}$$

Elegir números aproximados y aproximados;$L_{LEO}=500 \text{km}, \lambda=600 \text{nm}$, me sale 60cm.

Entonces, el límite de difracción en LEO es de aproximadamente 0,6 m para una apertura de 0,6 m. La relación es inversa, por lo que es de 0,3 m para una apertura de 1,2 m, por ejemplo.

Eso se aplica tanto a un sistema de imágenes como a un colimador para iluminación láser si lo desea.

Pero eso es solo difracción. El seguimiento sin problemas y con precisión sería todo un desafío. Es posible que la montura y el accionamiento de un telescopio astronómico normal no tengan la precisión y la suavidad adecuadas mientras giran a casi 1 grado por segundo.

Podría construir una unidad especial de seguimiento de satélites y estoy seguro de que está lista, o podría usar un láser pulsado, básicamente fotografía con flash. El láser DPSS NdYAG estándar a 1064 nm podría usarse directamente o duplicarse la frecuencia a verde 532 nm. Vienen en una variedad de potencias y normalmente pulsan de 1 a 10 kHz y tienen anchos de pulso (en el tiempo) del orden de 20 ns. Puede sincronizar su CCD en consecuencia y superponer los fotogramas más tarde.

Si usa un láser pulsado, le permite usar tiempos de exposición muy cortos centrados en el momento en que el pulso regresa a la tierra, y un filtro óptico centrado en la longitud de onda del láser para reducir la luz dispersa de fondo (incluido el cielo diurno).

Debido a que las distancias son mucho más grandes que la longitud de coherencia de esas, y probablemente cualquier láser que pueda comprar en el estante, puede pensar que la luz es incoherente y no verá ninguna mancha de láser .

No va a ser tan brillante como la luz del sol, que es aproximadamente un kilovatio por metro cuadrado, pero debido a la luz estroboscópica, puede integrarse durante muchos segundos (efectivamente).

Entonces, después de abordar el límite de difracción y la mancha de movimiento, todavía tienes turbulencia atmosférica. No puedes usar óptica adaptativa (al menos convencional) , porque se basa en mirar a través de la misma columna de aire durante al menos milisegundos para que los espejos respondan, y girando a este ritmo, no va a funcionar (fácilmente ).

Sin embargo, existe la técnica alternativa de imágenes afortunadas , y dado que el satélite es un objeto artificial, diseñado y funcional y no un cuerpo celeste desconocido, puede procesar, simular y desconvolucionar los datos para averiguar qué haría el satélite. parecer sin efectos atmosféricos.

Pero recuerde: si usa el sol, tiene un rayo colimado de medio grado con incidencia oblicua, y si usa un láser, el rayo es mucho más estrecho. Las superficies similares a espejos (secciones planas y brillantes de metal, paneles solares) pueden parecer bastante oscuras si se iluminan en el ángulo incorrecto, pero de repente parecen destellar si ocurre la geometría correcta. Si es difusa o arrugada, puede ser mucho más brillante que las superficies brillantes lejos de la reflexión especular. Esto puede hacer que las imágenes sean muy diferentes de cómo se vería el satélite si estuviera parado junto a él.

Precaución: Respete todas las medidas de seguridad y restricciones legales aplicables. Si está disparando láseres altamente colimados al aire libre, incluso hacia el cielo, puede meterse en un montón de problemas y podría causar daños graves a personas, aeronaves y naves espaciales. ¡¡No intentes esto en casa!!