Warum ermöglicht ein Spiegel, der wie ein Kartoffelchip gebogen ist, dass Weltraumteleskope kleiner sind und ein breiteres Sichtfeld haben?

Ich habe NASA-Artikel durchstöbert und bin auf Folgendes gestoßen: Raus mit dem Alten, rein mit dem Neuen: Teleskopspiegel bekommen eine neue Form

Diese aufstrebende Spiegeltechnologie, die als Freiformoptik bezeichnet wird und durch Fortschritte in der computergesteuerten Fertigung und beim Testen hervorgerufen wurde, hat einen grundlegenden Wandel in der optischen Technik ausgelöst Satelliten - eine zunehmend beliebte und kostengünstige Alternative zu traditionelleren Missionen, deren Bau und Start teurer sind.

Teleskope für Cubesats ?!

Der Artikel hatte diese Abbildung und ich versuche herauszufinden, wie dies in ein klares Bild ohne Verzerrungen umgewandelt wird und warum das Teleskop so viel kompakter sein kann.

Es war ein kurzer Artikel, der nicht einmal versuchte, dies zu erklären, und als ich nach anderen Artikeln zum Thema für Nicht-Experten suchte, fand ich zip. Vielleicht ist das sehr schwierig zu erklären, aber ich dachte, ich würde trotzdem fragen. Ich habe vor ein paar Wochen einem begeisterten Jugendlichen gesagt, dass es nicht möglich ist, ein Teleskop auf einen Würfel zu bringen, das für alles Nützliche gut ist. Hoppla...

Freiformoptiken sind eine Antwort auf die besondere Herausforderung, ein Teleskop auf engstem Raum zu verstauen. Ein traditionelles Instrument hätte alle Optiken symmetrisch und auf derselben Achse ausgerichtet. Es würde viel Platz im Cubesat verschwenden. Außerdem sind traditionelle Designs in der Regel viel länger als breiter. Sie passen nicht gut in einen Würfel. Es ist sehr schwierig, klassische Instrumente herzustellen, die so kurz wie breit sind.

Mit einer Freiformoptik können Sie das Licht innerhalb des Würfels in einige Richtungen reflektieren. Sie würden immer noch eine anständige Brennweite erreichen und das gesamte zur Verfügung stehende Volumen nutzen.

Da das Licht von Spiegeln in anderen Winkeln als normal reflektiert wird, können Sie die herkömmlichen symmetrischen Formen wie Parabolisch, sphärisch usw. nicht verwenden. Sie müssen grundsätzlich ein Paraboloid nehmen und in eine Richtung zerquetschen, damit es in etwa wie ein Parabolisch funktioniert Spiegel (ich vereinfache), aber in einem Reflexionswinkel von etwa 45 Grad.

In einem solchen Instrument könnten mehrere "Kartoffelchip" -Spiegel vorhanden sein, wie in der obigen Abbildung dargestellt. Sie müssen das Instrument als Ganzes entwerfen; Computersimulationen passen die Form jedes Spiegels an, bis die Leistung des gesamten Instruments einem klassischen geraden Design nahekommt.

Soweit ich das beurteilen kann, ist die Fertigungspräzision so, dass Freiformoptiken nur bei langen Wellenlängen wie Infrarot einsetzbar sind, bei denen weniger präzise Optiken verwendet werden können. Die Technologie verbessert sich jedoch ständig. Dies hängt auch davon ab, wie viel Aberration Sie in Ihrem Bild tolerieren können.

Für den Einsatz vom Boden aus ist dies weniger nützlich, es sei denn, Sie benötigen unbedingt ein Teleskop mit einem sehr kleinen Formfaktor aus irgendeinem Grund. Klassische Optiken werden nach wie vor bevorzugt, wenn Platz und Form nicht eingeschränkt sind.