Když přemýšlíte o vesmírném dalekohledu, pravděpodobně se vám vybaví takové, jako je Hubbleův teleskop, který sonduje hluboký vesmír pomocí přesné optiky. Optické vesmírné dalekohledy jsou však namířeny také na Zemi, což nám poskytuje podrobné pohledy na vše od počasí, přes dopravní schémata až po pohyb vojenských jednotek. Zatímco dalekohledy zaměřené na Zemi jsou extrémně užitečné, mohou být také poměrně velké a drahé na vypuštění do vesmíru. To by se ale mohlo změnit s novým navrženým designem pro krychlové satelity.
Příklad 1U CubeSat. Kredit: uživatel Wikipedie Svobodat
Kostkový satelit, nebo CubeSat, je druh malého satelitu standardizovaného podle hmotnosti a velikosti. Základní velikost CubeSats je známá jako jednotka nebo „U“, což je krychle o 10 centimetrech na straně, i když některé CubeSats mají více jednotek. Jejich nízká hmotnost a standardní rozměry znamenají, že je lze vypouštět ve skupinách nebo konstelacích, což výrazně snižuje náklady. Ale tato malá velikost také omezuje množství optiky, které se do jedné vejde.
U optických dalekohledů závisí ostrost vašeho obrazu na velikosti vašeho otvoru. Hubbleův vesmírný dalekohled má například 2,4 metru široké zrcadlo. Pokud by bylo zrcadlo menší, HST by byly méně podrobné. Je to kvůli vlnovému efektu známý jako difrakce. Když vlny světla procházejí otvorem v omezené oblasti, mohou se navzájem rušit a rozmazat výsledný obraz. Tento difrakční limit snižuje rozlišovací schopnost vašeho dalekohledu.
Protože 1U CubeSat může mít průměr pouze 10 cm, optická apertura CubeSat může mít průměr jen několik centimetrů. Vzhledem k limitu difrakce by CubeSat na oběžné dráze 500 km nad Zemí byl schopen rozlišit pouze prvky na Zemi, které jsou v nejlepším případě 3 m široké nebo asi 10 stop napříč. To není nic hrozného, ale je to mnohem nižší než rozlišení moderních komerčních satelitů. Ale tým výzkumníků vyvinul design, který by mohl tento limit výrazně zlepšit, a dělají to pomocí stejného triku, jaký používá teleskop Jamese Webba.
Jak mohou sklopená zrcátka fungovat na CubeSat. Kredit: Schwartz, et al
Vesmírný dalekohled Jamese Webba má primární zrcadlo o průměru 6,5 metru. Po spuštění koncem tohoto roku poskytne mnohem podrobnější snímky, než kdy dokázal Hubble. Problém je, že Webb bude vypuštěn na raketě Ariane 5, která je široká jen 5,4 metru. Takže Webbovo zrcadlo musí být složeno, aby se vešlo. Teprve po spuštění se rozvine do plné velikosti. Design CubeSat používá stejný přístup. Čtyři složená zrcátka umožňují, aby se satelit vešel do 1U a zároveň poskytoval větší otvor pro CubeSat, když se po startu rozloží. To se mnohem snadněji řekne, než udělá. Sklápění a vyklápění zrcátek je snadné, ale aby fungovaly, musí být vyrovnány s extrémní přesností. To je těžké udělat i s Webbovým 10 miliardovým rozpočtem, tak jak to udělat pro levný CubeSat?
Tým navrhuje udělat to po etapách. Po spuštění bylo možné zrcátka CubeSat rozložit a umístit do polohy „dostatečně blízko“ a poté pomocí aktivní a adaptivní optiky zostřit obraz. Použití adaptivní optiky by také umožnilo CubeSatu kompenzovat efekty zahřívání a chlazení, které by mohly vychýlit zrcadla ze zarovnání. Na základě svých počátečních studií tým odhaduje, že 1U CubeSat by mohl dosáhnout rozlišení 80 centimetrů na oběžné dráze ve vzdálenosti 500 kilometrů, což je v dosahu současných komerčních satelitů.
Nízká cena CubeSats znamená, že teleskopy CubeSat mohou učinit zobrazování Země ve vysokém rozlišení v reálném čase mnohem efektivnější. Jejich konstelace by mohla sledovat dlouhodobé i náhlé změny na naší planetě. Bylo by to nesmírně užitečné pro věci, jako jsou přírodní katastrofy, kde mohou být informace omezené. Ale také by to znamenalo, že tyto maličké satelity budou vždy sledovat pohled shora.
Odkaz:Schwartz, Noah a kol. ' Nasaditelný prototyp CubeSat s vysokým rozlišením .'Vesmírné dalekohledy a přístrojové vybavení 2020: optické, infračervené a milimetrové vlny. sv. 11443. Mezinárodní společnost pro optiku a fotoniku, 2020.
