Il prototipo del primo sistema ottico ultraleggero al mondo per il telerilevamento della terra (ers) per i nanosatelliti dall’Università di Samara

GLI SCIENZIATI DI SAMARA SI STANNO PREPARANDO PER TESTARE UN PROTOTIPO DI OTTICA ULTRALEGGERA PER NANOSATELLITI
GLI SCIENZIATI DELL’UNIVERSITÀ DI SAMARA SI STANNO PREPARANDO PER TESTARE UN PROTOTIPO DEL PRIMO SISTEMA OTTICO ULTRALEGGERO AL MONDO PER IL TELERILEVAMENTO DELLA TERRA (ERS) PER I NANOSATELLITI.

Il sistema ottico si basa su una lente di diffrazione piatta sviluppata all’università con caratteristiche uniche. L’obiettivo del sistema verrà montato a bordo della nanosatellite in un alloggiamento speciale. Il primo campione di prova di questo caso è stato realizzato l’altro giorno presso il laboratorio universitario di tecnologie additive. Il componente del veicolo spaziale, complesso nella forma e nella struttura interna, è stato creato dalla stampa 3D utilizzando l’unità di fusione laser selettiva SLM 280HL.

“Questa è la prima lente ottica diffrattiva al mondo ad andare nello spazio. Un innovativo alloggiamento dell’obiettivo bionico progettato per la tecnologia dell’obiettivo ottimale è stato sviluppato per l’obiettivo di ridurre al minimo il peso mantenendo le caratteristiche di resistenza. Sarà un sistema abbastanza leggero, insieme alla parte ottica, il peso totale sarà inferiore 100 grammi “, ha dichiarato Artem Nikonorov, professore presso il Dipartimento di supercomputer e informatica generale dell’Università di Samara.

Secondo il capo del laboratorio, professore associato del dipartimento di tecnologie di produzione di motori Vitaly Smelov, al fine di ridurre al minimo il peso, sono state aggiunte speciali sezioni di maglia alla struttura interna del pezzo a seguito di ottimizzazione topologica. Il corpo dell’obiettivo è realizzato in polvere di lega di alluminio AlSi10Mg. La lega della produzione interna è ben nota sia in Russia che all’estero. Dimensioni della parte – 70x80x100 mm.

“Il caso è stato realizzato in 8 ore. Grazie all’utilizzo di tecnologie additive, è stato possibile ridurre il peso della parte di circa il 40% rispetto a una parte simile realizzata con metodi tradizionali. Come sapete, nei settori dello spazio e dell’aviazione il peso è la caratteristica principale che è sempre ridotta lavoro “, ha detto Smelov.

Prima di dirigersi nello spazio, l’obiettivo assemblato sarà sottoposto a un ciclo di vari test di vibrazione e resistenza a Mosca basati sul produttore del veicolo spaziale, Sputniks. Secondo Nikonorov, si prevede che la nanosatellite sarà pronta per il lancio alla fine del 2020. Il dispositivo funzionerà in orbita ad un’altezza di 430 km. La durata stimata in orbita va da uno a tre anni.

“I test di volo nello spazio dovranno mostrare le capacità di questo sistema, quanto dobbiamo perfezionare la tecnologia. Le caratteristiche dell’obiettivo sono abbastanza buone, prevediamo di ottenere con la risoluzione del telerilevamento delle immagini della superficie terrestre a meno di cento metri. Il costo del sistema ottico, credo, sarà di un ordine di grandezza inferiore a soluzioni simili, per esempio, da società straniere. Ad esempio, il costo di una lente straniera per Gecko Imager cubsat è di 23 mila euro, il nostro sistema è molto più economico “, ha sottolineato Nikonorov.

Come precedentemente riportato, il lavoro sulla creazione di un sistema ottico ultraleggero per il telerilevamento della Terra è condotto nell’ambito di una sovvenzione ricevuta dagli scienziati del Fondo di sostegno all’innovazione con il sostegno del governo e del Ministero dello sviluppo economico e degli investimenti della regione di Samara.

Il sistema ottico si basa su un obiettivo di diffrazione piatto creato in precedenza presso la Samara University, che sostituisce il sistema di obiettivi e specchi dei moderni teleobiettivi. Nella fabbricazione di una tale lente, una resistenza viene applicata sulla superficie del vetro al quarzo – una sostanza fotosensibile con uno spessore di 10 micrometri (per confronto, lo spessore di un capello umano è di 40-90 micrometri). Un raggio laser crea un microrilievo a 256 livelli sulla resistenza. Con il suo aiuto, si verifica una “approssimazione” dell’oggetto e la compensazione della distorsione viene fornita dall’elaborazione al computer delle immagini risultanti basate su reti neurali di apprendimento profondo. Secondo gli scienziati, sulla base di un obiettivo di diffrazione, è possibile realizzare un analogo di un teleobiettivo con una lunghezza focale di 300 mm, che peserà circa 10 grammi.

Secondo gli scienziati, tali sistemi ottici in miniatura di nanosatelliti nella loro risoluzione, ovviamente, saranno inferiori alle ottiche specializzate installate su grandi dispositivi di telerilevamento che pesano da 500 kg a diverse tonnellate. Tuttavia, sulla base di nanosatelliti a basso budget con ottica compatta, sarà possibile creare costellazioni orbitali su larga scala da centinaia di tali veicoli spaziali, che consentiranno il monitoraggio della Terra in quasi quasi tempo reale, ottenendo rapidamente un’immagine dell’area necessaria della superficie terrestre e senza aspettare quando si trova uno o un altro grande satellite a rilevamento remoto nel posto giusto. Le informazioni ottenute saranno importanti per il monitoraggio operativo, ad esempio la situazione con la diffusione di incendi naturali, inondazioni, per il monitoraggio delle colture agricole e per altri scopi.

Gli scienziati escogitano un modo insolito per trasmettere i dati attraverso l’atmosfera

2019/02/12Gli scienziati dell’Università Samara insieme all’Accademia delle scienze russa hanno sviluppato un nuovo metodo per la creazione di elementi ottici, che consente di migliorare sia la trasmissione di dati laser nell’atmosfera che i dispositivi biomedici. I risultati della ricerca sono pubblicati sulla rivista Optics Express.Gli scienziati russi hanno sviluppato un nuovo approccio alla costruzione di metasuperfici, rendendo possibile la creazione di elementi ottici per dispositivi in ​​grado di controllare le fasi di polarizzazione e di onde elettromagnetiche, nonché di creare campi luminosi con proprietà precedentemente inesplorate, tra cui raggi laser unici.”Abbiamo sviluppato un elemento ottico basato su una metasuperficie e dimostrato la sua efficacia: formazione simultanea e messa a fuoco di un raggio laser speciale con una struttura di polarizzazione a vortice. Al centro di tale raggio, l’energia della luce si diffonde parzialmente verso la sorgente, che è impossibile quando si focalizzano i raggi laser classici “, – ha detto l’autore dello studio, assistente professore del dipartimento di cibernetica tecnica dell’Università di Samara, Dmitry Savelyev.Lo scienziato ha inoltre osservato che le modalità di metasuperficie di ordine superiore forniscono un flusso di energia inversa complessivo elevato. Cioè, i raggi laser formati con elementi polarizzanti sono resistenti alle interferenze causate dalla trasmissione di informazioni in vari mezzi turbolenti, ad esempio nell’atmosfera terrestre. Lo scienziato ha spiegato che le metasuperfici implementate consentono di creare nuovi tipi di trappole ottiche. Funzionano come un aspirapolvere: il flusso di energia inversa vicino all’asse ottico fa spostare le particelle verso la sorgente. Inoltre, secondo gli esperti, combinando un polarizzatore e un focheggiatore in un unico elemento è possibile creare un grande flusso di energia inversa vicino all’asse ottico. Ciò contribuirà a migliorare le pinzette ottiche, il taglio laser e l’incisione in biologia, la medicina e l’elaborazione dei materiali, nonché a ridurre il numero di elementi ottici nei dispositivi.”Il controllo della polarizzazione ci consente di creare campi luminosi con nuove proprietà. Modificando la struttura del raggio laser, è possibile modificare la natura dell’impatto sull’oggetto; e questo è molto importante per il taglio laser e l’incisione nella lavorazione dei materiali, “- Dmitry Savelyev ha detto.

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