Защита космических телескопов

[Змей Петров]

Зеркала изучают довольно сильно.

Ну, не так уж и сильно - коэфф.отражения ~0.98. Учтём теперь, что зеркало излучает примерно изотропно (в отличие от отражения зеркалом).

[archetip-z]

Господа, зеркала конечно фонят, но фонят амбиентно - во все стороны, давайте посчитаем их шумовой вклад, он окажется не более чистоты обработки зеркала - ну сами прикиньте - единицы микрометров. Вот, нагрев 50% процентов зеркала градусов до 30 Кельвина выше общей температуры - беда настоящая, будет пузо на экране, но думаю, только дурни могут это допустить.

[Gleb1964]

А ещё зеркала сидят в оправах той же температуры, что и зеркала, а оправы и прочие конструктивные элементы излучают в разы больше. Особенно многосегментное зеркало, как у Webb. Сам телескоп, как пишут, планируют поддерживать при температуре 50K, целиком, а не только детекторы

[archetip-z]

планируют поддерживать при температуре 50K,

Ну это пожалуй перебор в абсолюте, но относительно, так и есть - если это сегментное зеркало и у каждого сегмента свой пъезоэлемент - то он и обеспечит этот разброс в 50 градусов. Но тогда береги зеркало от перегрева - 50 градусов немаленький разброс по земным меркам.

[xd]

Причём здесь разброс в 50 градусов? Речь о температуре всей аппаратуры в 50 кельвинов. Вопрос: а электроника будет адекватно себя вести при столь низкой температуре?

[Змей Петров]

Речь о температуре всей аппаратуры в 50 кельвинов. Вопрос: а электроника будет адекватно себя вести при столь низкой температуре?

Электронику можно держать в отдельных термостатах. Да и наверное можно подобрать подходящие ПП-материалы, что-б с термостатированием не заморачиваться.

[Diman]

Тема перешла с защиты от космической пыли на термостабилизацию.
А как насчёт защиты?

[Змей Петров]

Ну, термостабилизация тоже защита, хотя и не от пыли.

[archetip-z]

Господа, ну давайте мыслить системно! Идеальная электроника, та которая может работать при температурах - 10-30K. На заре полупроводниковой электроники поняли - кремниевый кристалл при низких температурах банально утрачивает количество носителей заряда - электрическое сопротивление у него растёт до бесконечности. Ну это не значит, что надо жить догмами 50-х годов прошлого века! Специально подогревать плату с микросхемами - ну ни идиотизм ли! А потом, наоборот. бороться с шумами и охлаждать светоприёмники? Нужно разрабатывать электронику, адекватную температурным условиям - и главное, чем ниже температура, тем меньше шумов, а если чуть подохладить, недалеко и до квантовых эффектов. Вот в каком направлении ваши мозги предлагаю направить

[archetip-z]

Ну мой пафос такой, термостабилизация конечно нужна, но на температуры 10-30K, не более. А где то и подохладить до сверхпроводимости.

[Змей Петров]

Господа, ну давайте мыслить системно! Идеальная электроника, та которая может работать при температурах - 10-30K.

Для матриц, датчиков, входных цепей это имеет смысл. А для всего остального? Зачем 10-30K для вычислительнной, интерфейсной, силовой электроники?
Да и получить эти 10-30K на орбите Земли будет непросто.

[archetip-z]

Хорошо, радиаторы выходных транзисторов мы вынесли за борт. Какова оптимальная, по вашему температура внутри аппарата?
 Для всех участников - какова оптимальная температура на борту космической необитаемой станции?
Ваши мнения?
 

[Gleb1964]

Зеркала изучают довольно сильно.

Ну, не так уж и сильно - коэфф.отражения ~0.98. Учтём теперь, что зеркало излучает примерно изотропно (в отличие от отражения зеркалом).

а вот здесь я позволю себе с вами не согласиться.
У зеркала коэффициент отражения 0.98, значит 0.02 - коэффициент излучения зеркалом по сравнению с абсолютно нагретым черным телом, температура которого равна температуре зеркала T_з. И через это зеркало наблюдают не очень горячий слабый удаленный объект, например, какую нибудь туманность с малой поверхностной яркостью. Как вы полагаете, до какой температуры надо было бы охладить зеркало, чтобы оно не забило фоном объект? А в оптической схеме не одно зеркало, ибо на одном зеркале поле зрения не разовьешь
В частности, на Webb собираются работать в диапазоне до 28мкм, а это соответсвует максимуму излучения черного тела с температурой всего 103.5К

[Змей Петров]

Как вы полагаете, до какой температуры надо было бы охладить зеркало, чтобы оно не забило фоном объект?

Это очень сильно зависит от температуры объекта, его видимой яркости, диапазона ДВ матрицы, используемых фильтров. Без этого ничего конкретного не скажешь.
Ну, например наблюдая объект с температурой 3000K мы не будем иметь никаких проблем с температурой зеркала, поскольку оно всяко излучает в дальнем ИК.

[Gleb1964]

Как вы полагаете, до какой температуры надо было бы охладить зеркало, чтобы оно не забило фоном объект?

Это очень сильно зависит от температуры объекта, его видимой яркости, диапазона ДВ матрицы, используемых фильтров. Без этого ничего конкретного не скажешь.
Ну, например наблюдая объект с температурой 3000K мы не будем иметь никаких проблем с температурой зеркала, поскольку оно всяко излучает в дальнем ИК.

не забывайте - наблюдения через фонящий объект, это равносильно наблюдению через атмосферную дымку в ДЗЗ, - сильно съедает динамический диапазон. Расчет по яркости объекта дает неплохие цифры, а вот динамический диапазон объекта - плохой, из за высокого уровня фоновой дымки высокий уровень шумов и различимо мало градаций, т.е., не видно деталей

[Змей Петров]

Но если дымка в другом диапазоне, то наблюдениячм это совсем не мешает. Матрица для оптического диапазона просто никак не воспринимает дальний ИК.

[Maxim Barkov]

не забывайте - наблюдения через фонящий объект, это равносильно наблюдению через атмосферную дымку в ДЗЗ, - сильно съедает динамический диапазон. Расчет по яркости объекта дает неплохие цифры, а вот динамический диапазон объекта - плохой, из за высокого уровня фоновой дымки высокий уровень шумов и различимо мало градаций, т.е., не видно деталей

Вы говорите правильно, но все имеет разумные пределы.

Бытовой контр пример.
Войдите в туалетную комнату, закройте дверь при выключеном свете. Положите под дверь полотенце, и закройте глаза
Потом включите лампочку накаливания, и откройте глаза.
Почувствуйте разницу.
Вопрос: вы много "дымки"  увидете от объектов с температурой 300 К?

Экспоненциальный завал спектра очень сильный фактор.

[Gleb1964]

оптическая схема телескопа Webb включает 4 зеркала, т.е. если принять коэффициент отражения 0.98 одного зеркала, то вся система уже 0.922, т.е. суммарная излучательная способность уже как 8% от абсолютно черного тела (не считая зазоров в сегментах и краев оправ). Излучательная способность растет пропорционально четвертой степени температуры. На Webb собираются работать в диапазоне до 28мкм, а это соответсвует максимуму излучения черного тела с температурой всего 103.5К
Ну, и теперь вопрос - мы хотим только детектировать слабый объект, или еще рассмотреть в объекте какие-то градации структуры? Для точечных объектов достаточно расчет на пороговое обнаружение, для пространственно разрешаемых объектов хочется видеть еще и градации яркости.

как видно на последней картинке, телескоп разделен на две части экраном - теплую и холодную, разделенных защитным экраном. В данном случае телескоп защищают от излучения Солнца и теплового потока с ночной стороны Земли, но со стороны остального пространства оптика практически не защищена - любая защита излучает больше теплового фона, нежели открытое пространство

[Змей Петров]

Gleb1964

Для дальнего ИК это видимо имеет смысл.
По моим грубым прикидкам в приведенных условиях имеет смысл охлаждать зеркала примерно до пятикратной температуры матрицы, ниже не имеет. Это нижняя оценка, если считать более точно, то температура зеркал может быть и выше.
...
Нет, если приведенная схема масштабна в продольном направлении, то мои прикидки не верны.
Да, для приведенной схемы у меня получается примерно трёх-кратная температура матрицы.

[Gleb1964]

В телескопе Webb для инструмента среднего ИК, работающего в диапазоне 5-28мкм, температура детектора 6К (в левой зоне картинки), при температуре всего оптического модуля 40К


а какую температуру детектора насчитали вы?