Разработка маломассогабаритного поляризационного статического Фурье-спектрометра для использования на космических аппаратах, предназначенных для исследования тел Солнечной системы

В последнее время для дистанционного зондирования Земли начали применяться гиперспектрометры (видеоспектрометры). Эти приборы дают изображения наблюдаемого участка поверхности одновременно в нескольких десятках или сотнях узких спектральных полос, в связи с чем обеспечивает уникальные возможности идентификации наблюдаемых объектов, определения их химического состава и состояния.
Применение гиперспектрометра (ГС) на космических аппаратах (КА), предназначенных для исследования тел Солнечной системы представляется весьма многообещающим. Тем не менее, на межпланетных КА такие приборы, по имеющимся данным, пока не нашли применения, прежде всего, вследствие их большой массы.
Масса современного космического ГС составляет десятки - сотни килограммов, в зависимости от технических характеристик. Для использования ГС на межпланетных КА необходимо обеспечить снижение массы прибора примерно на порядок без ухудшения выходных характеристик.
Наиболее перспективной с точки зрения снижения массы и габаритов ГС представляется идея создания поляризационного статического Фурье-спектрометра (ПСФС). ПСФС способен обеспечить рекордно низкие массу и габариты в сравнении со всеми другими известными типами гиперспектрометров, включая, в том числе, и Фурье-гиперспектрометры. При этом основные параметры ПСФС определяются, в первую очередь, параметрами используемых в оптической схеме кристаллов.
Несмотря на заманчивую перспективу минимизации массогабаритных характеристик, современные разработки ПСФС, как следует из открытой информации, находятся на уровне лабораторных образцов. Проблема состоит в том, что ПСФС традиционных оптических схем, использующие известные оптические материалы и технические решения, имеют, как правило, ограниченный рабочий спектральный диапазон, малое угловое поле зрения и малую энергетическую эффективность (определим её как светосилу).
В последние годы в ФГУП «НПК «ГОИ им. С.И. Вавилова» в интересах лазерной и электронной промышленности были освоены новые анизотропные оптические кристаллы. Результаты предварительных исследований этих кристаллов дают основания считать, что за счет их использования, а также за счет использования новых технологий, может быть решена задача увеличения светосилы оптических элементов ПСФС с расширением спектрального диапазона работы прибора до диапазона длин волн от 0,2 мкм до 2,5 мкм.
Результаты проведенных ФГУП НПК «ГОИ им. С.И. Вавилова» и ФГУП «КБ «Арсенал» проработок показывают возможность создания и использования на космических аппаратах ПСФС со следующими параметрами:
- масса оптической системы не более 0,3 кг, габариты не более (4х4х4) см3;
- возможные спектральные диапазоны наблюдения:
а) ультрафиолетовый 0,2 – 0,4 мкм;
б) видимый 0,4 – 0,8 мкм;
в) ближний инфракрасный 0,8- 1,1 мкм;
г) коротковолновый инфракрасный 1,1-2,5 мкм;
- количество спектральных каналов в каждом диапазоне - не менее 100;
- масса ПСФС с электроникой:
1) в варианте с одним диапазоном (из числа указанных выше) - не более 2,5-3 кг;
2) в варианте с четырьмя диапазонами - не более 5-6 кг;
При высоте орбиты КА 600 км ширина полосы захвата составит 10-15 км, разрешающая способность ~15 м.