Предмет исследования. Схемы построения оптико-механического тракта дуплексной лазерной космической связи (с общим приемо-передающим каналом и с раздельными каналами приема и передачи). Цель работы. Разработка оптико-механического тракта для создания космической оптической линии связи при использовании промышленно выпускаемых источников и приемников излучения, применяемых в волоконно-оптических линиях связи, с учетом особенностей распространения лазерного излучения в космическом пространстве при больших дистанциях, на которых устанавливается связь, и скоростях передаваемой информации до 11 Гбит/с. Метод. Численное моделирование основных узлов оптико-механического тракта, в том числе, формирования гауссовых пучков и определения энергетических характеристик информационного излучения в приемном канале, формирования излучения сигнала лазера-маяка для точного наведения на терминал и удержания направления при осуществлении связи. Основные результаты. Предложена конструкция оптико-механического тракта для космической лазерной линии связи с системой наведения и сопровождения абонента, использующая в качестве передающих и приемных устройств трансиверы и волоконные усилители, разработанные для волоконно-оптических линий связи. Проведенные оценки точности наведения и сопровождения показывают возможность осуществлении сеанса связи. Совокупность предложенных решений позволяет осуществлять лазерную связь на расстоянии до 40 000 км для передачи и приема информации со скоростью до 11 Гбит/с. Практическая значимость.Технические решения, предложенные в работе, позволяют проектировать космические терминалы для дуплексной лазерной связи с улучшенными массогабаритными и функциональными характеристиками. Результаты проведенного исследования развивают и дополняют существующие методы создания средств космической связи, что определяет их практическую значимость.

Предмет исследования. Модель излучения Земли для расчета спектральной плотности облученности космического объекта, представляемого полигональной моделью, при его траекторном движении над различными участками земной поверхности с учетом влияния солнечной облученности, климатической зоны, сезонного фактора, облачности, высоты орбиты. Цель работы. Разработка алгоритма расчета спектральной плотности облученности космических объектов, близкого по своим возможностям к MODTRAN и автоматически подстраивающегося под изменяющиеся условия освещения при их движении в околоземном пространстве. Метод.Математическое моделирование излучения Земли, представленной в виде совокупности (суперпозиции) точечных источников – элементарных, послойно расположенных объемных фрагментов атмосферы, опирающихся на фрагмент земной поверхности, с применением инженерных расчетных методик и численных оценок оптических характеристик атмосферы. Основные результаты. Итерационный алгоритм расчета спектральной плотности облученности элементарной площадки (фасета) космического объекта излучением Земли с программным заданием в базе данных параметров, необходимых для вычислений. Работа итерационного алгоритма проиллюстрирована примером расчета интегральной по спектру энергетической облученности находящегося на высоте 300 км космического объекта (фасета), обусловленной исходящим от Земли излучением. Практическая значимость. Представленный итерационный алгоритм расчета спектральной плотности облученности космического объекта с базой данных о параметрах земной поверхности, атмосфере, облачном покрове и др. является важным инструментом для моделирования энергетических отражательно-излучательных характеристик космических объектов в околоземном пространстве.

Предмет исследования. Лазерные системы с контрольными световозвращающими элементами для определения пространственного положения элементов конструкций оптико-механических устройств. Цель работы. Разработка высокоточного способа и устройства лазерного измерительного канала для определения пространственного положения элементов конструкций, в том числе и трансформируемых. Методы. Снижение погрешности определения координат основано на использовании широкопольных световозвращающих элементов, имеющих возможности кодировки, цифровой регистрации и обработки полученных отраженных сигналов. Основные результаты. Разработан лазерный контрольный канал со световозвращающими контрольными элементами, обеспечивающий измерения пространственного положения подвижных элементов конструкций с высокой точностью. Предложены конструкция световозвращающих элементов, позволяющая получить углы световозвращения, близкие 180°, и методы кодировки, обеспечивающие идентификацию отдельных контрольных элементов. Изготовлены образцы световозвращающих элементов, подтверждающие их расчетные характеристики. Совокупность предложенных решений позволяет создавать лазерные контрольные каналы для высокоточного контроля координат поверхности элементов конструкций, в том числе трансформируемых устройств, работающих в условиях космического пространства. Практическая значимость. Предложенные в работе световозвращающие оптические элементы с большим полем зрения и системой идентификации позволяют создавать контрольные каналы с наибольшей погрешностью определения пространственных координат до 1,5 мм, что дает возможность определять положение подвижных элементов в конструкциях космических аппаратов. Результаты проведенного исследования развивают и дополняют существующие средства и методы контроля пространственного положения трансформируемых конструкций с применением лазерного измерительного канала.

Предмет исследования. Тепловые режимы и оптические характеристики внеосевого коллиматора с охлаждаемыми зеркалами. Степень соответствия температурных параметров элементов коллиматора и системы охлаждения, полученных расчетным путем и в эксперименте. Оптическое качество коллиматора. Цель работы. Создание коллиматора с охлаждаемым зеркальным объективом для расширения функциональных возможностей существующего термовакуумного испытательного стенда за счет снижения теплового фона внутри вакуумной камеры и создания условий для испытаний оптико-электронной аппаратуры с фотоприемными устройствами, работающими в режиме ограничения фоном. Описание метода. Температурные параметры элементов коллиматора с системой охлаждения определены на основе разработанной теплофизической модели системы «объектив коллиматора – термостат – камера», в основу которой положены уравнения теплового баланса, выполняемого в стационарном режиме для каждого элемента, входящего в систему. Экспериментально температурные параметры элементов системы определены в выбранных контрольных точках элементов. Оптическое качество коллиматора контролировалось путем измерения коэффициента концентрации энергии излучения в плоскости автоколлимационного изображения точечного излучателя коллиматора. Основные результаты. В реализованной конструкции системы «объектив коллиматора – термостат – камера» диапазон температур радиационных экранов, охлаждающих до заданной температуры –33 °С зеркала объектива коллиматора при условии минимизации их термодеформаций, составляет от –45 до –80 °C. Созданный охлаждаемый коллиматор имеет высокое оптическое качество: коэффициент концентрации энергии в плоскости автоколлимационного изображения точечного излучателя коллиматора составляет 70% по каналу имитации объекта и 75% — по каналу фона. Практическая значимость. Существенно расширены функциональные возможности действующего термовакуумного стенда: созданы условия для испытаний аппаратуры дистанционного зондирования Земли с фотоприемными устройствами, работающими в режиме ограничения фоном. Разработана теплофизическая модель созданной системы «объектив коллиматора – термостат – камера».

Предмет исследования. Возможность построения составного источника излучения для применения в составе зеркального коллиматора. Цель работы. Создание конструктивно простого излучателя коллиматора, предназначенного для настройки и юстировки оптико-электронной системы наблюдения в видимой и инфракрасной областях спектра. Излучатель должен обеспечивать одновременный выход излучения требуемых спектральных интервалов с площадки заданного размера и возможностью расположения этой площадки на фоне с температурой ниже температуры окружающей среды. Метод.Использованы методы и положения теоретической и прикладной оптики. Основные результаты. Разработан и исследован конструктивно простой излучатель видимого и инфракрасного диапазонов спектра с выходом излучения из одной точки охлаждаемой диафрагмы. Исследованы свойства созданного излучателя. Практическая значимость. Созданный излучатель нашел применение в составе зеркального коллиматора при настройке с его помощью системы наблюдения с двумя приемными каналами. Использование предложенной модели упрощает процедуру настройки, дает возможность выполнять ее одновременно в разных спектральных интервалах. Процесс изготовления излучателя прост и не требует специального оборудования.

Предмет исследования. Оптико-электронные приборы инфракрасного диапазона как средство обнаружения воздушных малоразмерных объектов. Цель исследования. Сравнительная оценка возможностей обнаружения воздушных малоразмерных объектов с применением оптико-электронных приборов на основе фотоприемных устройств средневолнового и длинноволнового инфракрасного диапазона. Метод работы. Применение расчетно-аналитической модели с проведением натурного эксперимента. Основные результаты. Получены теоретические оценки пороговой силы излучения объекта наблюдения и порогового потока для элемента матричного фотоприемного устройства. Полученные теоретические оценки показывают, что приборы с охлаждаемым фотоприемником средневолнового диапазона обеспечивают лучшие обнаружительные возможности, чем приборы длинноволнового диапазона, использующие как охлаждаемые (фотонные), так и неохлаждаемые (тепловые) фотоприемные устройства аналогичного формата и размера. Натурный эксперимент с наблюдением воздушного малоразмерного объекта подтвердил лучшие обнаружительные возможности прибора на основе охлаждаемого фотоприемника средневолнового диапазона в сравнении с прибором длинноволнового диапазона на микроболометрической матрице. Практическая значимость. При выборе рабочего спектрального диапазона проектируемых оптико-электронных систем обнаружения воздушных малоразмерных объектов следует учитывать выявленное преимущество в пороговых характеристиках приборов, использующих охлаждаемые фотоприемники средневолнового диапазона.

Предмет исследования. Изготовление линз с асферической поверхностью. Цель работы. Разработка технологии изготовления крупногабаритных асферических линз методом малоразмерного инструмента. Метод включает в себя предварительное формообразование асферической и сферической поверхностей, полировку асферической поверхности методом малоразмерного инструмента, изготовление специальной технологической оправы для линзы, позволяющей вести обработку сферической поверхности и промежуточную центрировку асферической поверхности в технологической оправе, формообразование сферической поверхности, центрированной относительно базовых поверхностей технологической оправы, полирование сферической поверхности, установку линзы в рабочую оправу и центрировку линзы в рабочей оправе с обработкой базовых поверхностей оправы. Основные результаты. Проведен анализ погрешности центрировки линзы в зависимости от конической постоянной, относительного отверстия и диаметра линзы. Разработана и внедрена технология изготовления крупногабаритных линз с асферической поверхностью. Практическая значимость. Разработанная технология использована при создании высокоразрешающего инфракрасного объектива для оптико-электронной системы дистанционного зондирования Земли.

Предмет исследования. Прогнозирование качества изображения крупногабаритного широкоугольного высокоапертурного линзового объектива для инфракрасной области спектра из оптических кристаллов, методы оптимизации его конструкции, сборки и юстировки. Цель работы. Разработка конструкции объектива, учитывающей влияние оптической однородности, расчетных и технологических допусков формы поверхностей и децентрировки линз на качество изображения и возможность компенсации остаточных аберраций при сборке и юстировке. Метод включает в себя выбор критерия качества изображения и расчет его допустимого снижения, распределение отклонения волнового фронта объектива между погрешностями, вызванными оптической неоднородностью материалов, децентрировкой линз и отклонением формы поверхностей, оценку неоднородности материалов с учетом формы поверхностей и хода лучей в линзах, исследование возможностей схемы объектива с целью компенсации остаточных аберраций, обоснование выбора конструкции объектива с минимальным количеством юстировочных подвижек линз. Основные результаты. Сформулированы критерии при выборе допусков на оптическую однородность материалов. Показана возможность создания высокотехнологичной насыпной конструкции шестилинзового объектива из оптических кристаллов, изготовленного по существующим технологиям. Практическая значимость. Предлагаемые технические решения были апробированы при создании высокоразрешающих объективов для оптико-электронной системы дистанционного зондирования Земли из космоса.

Предмет исследования. Оптические характеристики композитных материалов. Цель работы. Получение и исследование спектральных зависимостей коэффициентов отражения и особенностей отражения (рассеяния) композитных материалов для формирования баз данных и моделирования отраженного и собственного излучений объектов. Метод.Сравнительные измерения спектральных зависимостей коэффициентов полусферического отражения, изучение структуры поверхности материалов с помощью профилометра и индикатрис рассеяния образцов на гониофотометрической установке. Основные результаты. Экспериментальные данные по спектральным зависимостям коэффициентов отражения и индикатрисам рассеяния типовых представителей композитных материалов. Практическая значимость. Получены и систематизированы сведения, необходимые для оценок коэффициентов излучения, проведения математического моделирования и теплофизических расчетов.