Самарские ученые готовят к испытаниям прототип сверхлегкой оптики для наноспутников

В основе оптической системы - разработанная в университете плоская дифракционная линза, обладающая уникальными характеристиками. Объектив системы будет устанавливаться на борту наноспутника в специальном корпусе. Первый тестовый образец такого корпуса был изготовлен на днях в университетской лаборатории аддитивных технологий. Сложный по форме и внутренней структуре компонент космического аппарата создан путем 3D-печати на установке селективного лазерного сплавления SLM 280HL.

"Это первый в мире объектив с дифракционной оптикой, который отправится в космос. Для объектива разработан инновационный корпус бионической формы, рассчитанный по оптимальной технологии, чтобы минимизировать вес при сохранении прочностных характеристик. Это будет достаточно легкая система, вместе с оптической частью общий вес составит менее 100 граммов", - рассказал профессор кафедры суперкомпьютеров и общей информатики Самарского университета Артем Никоноров.

По словам руководителя лаборатории, доцента кафедры технологий производства двигателей Виталия Смелова, чтобы минимизировать вес, во внутреннюю структуру детали в результате топологической оптимизации были добавлены специальные ячеистые участки. Корпус объектива выполнен из порошка сплава алюминия AlSi10Mg. Сплав отечественного производства хорошо известен как в России, так и за рубежом. Габариты детали - 70х80х100 мм.

"Корпус был изготовлен за 8 часов. Благодаря применению аддитивных технологий удалось снизить вес детали примерно на 40% по сравнению с подобной деталью, изготовленной традиционными способами. Как известно, в космической и авиационной сфере вес - это основная характеристика, над уменьшением показателя которой всегда ведется работа", - отметил Смелов.

Прежде чем отправиться в космос, собранный объектив пройдет цикл различных вибрационных и прочностных испытаний в Москве на базе изготовителя космического аппарата - компании "Спутникс". По словам Никонорова, ожидается, что наноспутник будет готов к запуску в конце 2020 года. Аппарат будет работать на орбите высотой 430 км. Предполагаемый срок службы на орбите - от года до трех лет.

"Летные испытания в космосе должны будут показать возможности этой системы, насколько нам нужно дорабатывать технологию. Характеристики объектива достаточно хорошие, мы планируем получать с помощью ДЗЗ разрешение снимков земной поверхности менее ста метров. Стоимость же оптической системы, думаю, будет на порядок ниже, чем у аналогичных решений, скажем, от зарубежных компаний. Например, стоимость зарубежного объектива для кубсата Gecko Imager составляет 23 тысячи евро, у нас система на порядок дешевле", - подчеркнул Никоноров.

Как сообщалось ранее, работы по созданию сверхлегкой оптической системы для дистанционного зондирования Земли ведутся в рамках полученного учеными гранта Фонда содействия инновациям при поддержке правительства и министерства экономического развития и инвестиций Самарской области.

В основе оптической системы — созданная ранее в Самарском университете плоская дифракционная линза, заменяющая систему линз и зеркал современных телеобъективов. При производстве такой линзы на поверхность кварцевого стекла наносится резист — фоточувствительное вещество толщиной 10 микрометров (для сравнения, толщина человеческого волоса 40-90 микрометров). На резисте с помощью лазерного луча создается 256-уровневый микрорельеф. С его помощью происходит "приближение" объекта, а компенсацию искажений обеспечивает компьютерная обработка получаемых изображений на основе нейронных сетей глубокого обучения. По словам ученых, на основе дифракционной линзы можно изготовить аналог телеобъектива с фокусным расстоянием 300 мм, который будет весить около 10 граммов.

Как отмечают ученые, такие миниатюрные оптические системы наноспутников по своей разрешающей способности, безусловно, будут уступать специализированной оптике, устанавливаемой на больших аппаратах ДЗЗ весом от 500 кг до нескольких тонн. Однако на основе низкобюджетных наноспутников с компактной оптикой можно будет создавать масштабные орбитальные группировки из сотен подобных космических аппаратов, что позволит вести мониторинг Земли в режиме практически реального времени, оперативно получая изображение необходимого участка земной поверхности и не дожидаясь, когда тот или иной большой спутник ДЗЗ окажется над нужным местом. Получаемая информация будет важна для оперативного отслеживания, например, ситуации с распространением природных пожаров, паводков, для наблюдения за сельскохозяйственными посевами и в других целях.