Для целей этого поста полный спектр означает нетривиальное количество частот в нетривиальной полосе. Таким образом, человеческий глаз не имеет полного спектра в пределах видимого диапазона (каждая колбочка представляет собой широкую полосу, они перекрываются, и их всего три), но десять или двадцать относительно узких неперекрывающихся каналов, покрывающих всю ширину, будут. Я определяю это заранее, чтобы было ясно, что я обсуждаю.

Не так уж и важно. Существуют мультиспектральные камеры с зарядовой связью (ПЗС).

Точно так же я знаю, что вы можете построить оптические интерферометры, но в настоящее время ни один из них не способен разрешать визуальное изображение.

Я не эксперт в этом вопросе, но, насколько я могу здесь сказать , оптические интерферометры, разрешающие зрительные образы, либо существуют, либо находятся в стадии прототипирования.

Но тут вы сталкиваетесь с первой проблемой. Среднее расстояние до пояса астероидов от Солнца составляет 3,2 а.е., поэтому мы можем рассматривать наш диск радиотелескопов как имеющий диаметр 6,4 а.е. и окружность 32,2 а.е. Даже если вы обрабатывали данные на Земле, половина этого диска не видна, поэтому вам приходится передавать данные по ненадежным, недетерминированным каналам с низкой пропускной способностью и высокой задержкой на расстоянии 34,2 а.е. (расстояние до обычного передатчика). так как есть только одна сеть дальнего космоса плюс расстояние до Земли). Недетерминизм является потенциальным убийцей, поскольку у вас нет возможности определить, как накладывать данные.

Из того, что я читал, решение, используемое в других крупных установках, состоит в том, чтобы делать моментальные снимки данных с отметкой времени. Хитрость заключалась бы в том, чтобы синхронизировать часы, что не является необоснованной проблемой. Изображение не будет живым. Будет ли это проблемой?

Учитывая, что больший диапазон телескопов усложняет доставку данных (у вас есть более сложные пути для доставки данных от А к Б, потому что телескопы хотят передавать свои собственные данные, полоса пропускания ограничена, потому что вы используете радиотелескопы, а интерферометрия все еще должна объединить данные вместе), разумно предположить, что у вас есть минимальное количество ретрансляционных станций в других местах пояса для количества телескопов.

Вы можете использовать ячеистую сеть. Самые радиальные узлы передают свою информацию внутрь. Это потребует меньше энергии и будет более отказоустойчивым.

Но теперь вы добавили количество мест, которые могут столкнуться с другими объектами, которые могут выйти из строя из-за жесткого излучения в космосе и которые движутся непредсказуемо (проблема N-тел) относительно телескопов, которые они передают.

Узлы могут определять свои собственные позиции путем фильтрации входных данных Калмана:

• показания бортового акселерометра, а также последняя известная скорость и положение
• задержка до ближайшего узла ячеистой сети (или нескольких узлов) (этот метод используется вашим мобильным телефоном для определения местоположения в качестве дополнения к GPS)
• дальность и пеленг (определяется яркостью) на солнце
• задержка импульсов с метками времени от Земли или других источников в вашей системе (GPS), которые также можно использовать для измерения дрейфа часов

Таким образом, мы можем сказать, что должен быть верхний предел, граница, за которой либо телескопы не могут быть связаны в качестве интерферометра из-за проблем со связью, где просто нет добавленной стоимости (интерферометр вдвое меньшего размера и в два раза больше временной базы). увидит больше), или когда вероятность отказа по какой-либо причине превышает значение данных, полученных в среднее время между отказами. Точная причина ограничения не имеет значения, хотя было бы неплохо увидеть опубликованные научные данные по этому поводу.

Мы также можем сказать, что существует верхняя частота, выше которой интерферометрия невозможна ни в одной известной науке. Причина не имеет значения, только ссылка, хотя, опять же, наука была бы хороша, если бы она была опубликована.

Я не уверен, что это правда.

Если бы была функция, привязывающая максимальный размер к максимальной частоте, это было бы замечательно, так как тогда вы можете отобразить весь диапазон возможностей.

Я не видел ни одного, но я возьму удар.

• Предполагая, что ваш канал связи (с некоторым запасом прочности) может надежно передавать «n» битов в секунду.
• Предполагая, что ваша ПЗС-матрица имеет фиксированное количество ячеек / пикселей «p», которые будут подвергаться воздействию фильтров «f» на разных частотах, и что общий размер в битах любого кадра равен «P» = fp.
• Предполагая, что каждый узел-наблюдатель может принимать «i» наблюдений с отметкой времени в секунду (синхронно с другими узлами), общий размер передачи (в битах в секунду) каждого узла-наблюдателя «I» = P i = fpi
• Учитывая «N» - максимальное количество узлов
• Предполагая, что время обработки не имеет значения, и что конвейер связи является основным ограничением

Чтобы это работало, должно быть верно, что n >= I N. Вы можете установить n = IN и найти нужные вам переменные.

В противном случае, насколько большой телескоп в каком диапазоне частот и в скольких диапазонах вы могли бы иметь? Вам нужно будет создать оригинальный кольцевой мир (разъединенные платформы в кольце), чтобы построить это, или вы можете использовать пояс астероидов с минимальным воздействием?

Пояс астероидов кажется мне небезопасным местом для размещения станций наблюдения. Я бы подумал, что вы могли бы просто разместить свои узлы на орбитах в том, что мы склонны считать пустым пространством. Ваш выбор, конечно.

Теперь простите меня, если я что-то упустил, но то, что вы ищете в этом посте, не кажется таким уж сложным. Я предложу решение с технологией ближайшего будущего.

Резюме

• Используйте два крупных астероида в поясе в местах, где маловероятно, что они будут поражены космическим мусором.
• Вы не можете использовать космическую станцию ​​из-за проблем с вибрацией, вам нужно встроиться в астероид с серьезной массой.
• Не используйте интерферометр для объектов в плоскости Солнечной системы, вместо этого используйте его для объектов ближе к оси вращения Солнечной системы.
• Используйте несколько телескопов/апертур, чтобы получить желаемый спектр
• Координация съемки с созвездием навигационных спутников
• Агрегируйте и обработайте информацию позже

Источники

• Об орбитальном и размерном распределении пояса астероидов. Гладман Б. и др., 2009 г.

• Применение интерферометрии к оптической астрономии. Болдуин, Дж. и Ханифф, К., 2002 г.

• Интегральная оптика для астрономической интерферометрии, часть I. Мальберт, Ф. и др., 1999 г.

• Интегральная оптика для астрономической интерферометрии, часть II. Бергер, Дж. и др., 1999 г.

• Интегральная оптика для астрономической интерферометрии, часть IV. Бергер, Дж. и др., 2001 г.

• Интегральная оптика для астрономической интерферометрии, часть VI. ЛеБукин, Дж. и др., 2005 г.

• Астрономическая интерферометрия на Луне. Берк, Б., 1985 г.

Метод

Выбор сайта

Пояс астероидов относительно разрежен. Оценки количества астероидов на расстоянии более 1 км колеблются от 1 до 2 миллионов . Gladman, 2009, считает, что степенной закон масштабирования астероидов размером в этом диапазоне составляет -2,5; поэтому число астероидов равно$N \propto r^{-2.5}$; это поместит нашу оценку 100-метровых астероидов в 300-600 миллионов.

Внутренняя часть пояса астероидов распределена примерно между 2,2 и 3,3 а.е. от Солнца, с наклоном до 20 градусов. Это соответствует тору с большим радиусом 2,75 а.е. и малым радиусом 0,55 а.е. Это дает объем около 16 кубических а.е., или$5.5\times10^{25}$км$^3$.

Для предполагаемых 500 миллионов астероидов размером 100 м и более это дает плотность$9.1\times10^-18$км$^{-3}$; или, при условии случайного распределения, среднее расстояние между объектами 500 000 км; больше, чем расстояние от Земли до Луны.

Для объектов диаметром более 100 м плотность такая же низкая, как плотность объектов размером с Луну вблизи Земли. Поскольку Земле не угрожает большая опасность столкновения с Луной, нашему интерферометру не грозит особая опасность столкновения или иного воздействия другого астероида. Для объектов диаметром менее 100 м они приближаются к размерам объектов, которые мы перемещаем в пространстве. Если мы сможем доставить большую телескопическую установку к поясу астероидов, мы сможем отклонить астероид такого размера.

Управление вибрацией

Космическая станция не будет иметь необходимого оптического разрешения из-за вибрации. В этом посте я делюсь информацией о вибрации с ISS . Вибрационная стабильность, необходимая для разрешения угловых миллисекунд с помощью 100-метрового базового приемника, составляет около 0,5.$\mu$м; МКС вибрирует с амплитудой около 4 мм.

Как мы можем получить достаточно стабильную платформу? Что ж, Земля, очевидно, достаточно стабильна для таких гигантских интерферометров, как LIGO. Астероиды, которые нам нужно подобрать, будут промежуточными по стабильности, так как они находятся между размером Земли и МКС. Я не смог найти подходящей информации или расчетов относительно стабильности платформы, построенной на астероиде или внутри него, но мы предполагаем, что астероид должен быть выбран с надлежащими характеристиками стабильной платформы. Я полагаю, что мы бы выбрали астероид диаметром 1 км или больше, если это возможно. Чем больше, тем стабильнее.

Направление интерферометра

Если у вас есть две точки на противоположных сторонах пояса астероидов, то логично, что вы не сможете разрешить объекты, лежащие в плоскости Солнечной системы. Будет слишком много помех от других астероидов, солнца или чего-то еще.

Решение состоит в том, чтобы просто ограничить свои наблюдения одним или другим полушарием. Например, вы можете построить свои телескопы на одной стороне астероидов, чтобы почти все небесное северное полушарие (примерно то же самое северное полушарие, которое мы видели бы с Земли) было постоянно видно в оба телескопа. Поскольку большая часть массы Солнечной системы находится в плоскости (окей, большая часть находится на Солнце, а остальное в плоскости), на вашем пути должно быть немногое. В главном поясе есть много астероидов с большим наклоном орбиты, поэтому вам придется учитывать это на этапе выбора места и, возможно, приложить некоторые усилия, чтобы убрать несколько из них с дороги.

Теперь ключом к стабилизации будет вращение астероида. Это займет некоторое время и много топлива, но, медленно вращая оба астероида с одинаковой скоростью, вы не только улучшите стабильность своей оптической платформы, но и обеспечите постоянное движение каждого телескопа относительно другого. Опять же, это несколько ограничивает ваше поле зрения тем или иным полушарием.

Наконец, если у вас достаточно денег, вы можете установить отдельные телескопы по обеим сторонам астероидов, чтобы вы могли смотреть на северное и южное полушария одновременно с помощью отдельных инструментов. Есть два конца оси вращения, так что вы можете смотреть на обе стороны одновременно.

Несколько телескопов

Если вам нужны нетривиальные частоты с нетривиальной полосой, почему бы не использовать нетривиальное количество телескопов? Поскольку мы обустраиваемся на астероиде радиусом не менее 1 км, а лучше больше, должно быть место для различных инструментов.

Телескоп Хаббл имеет несколько инструментов, но только одно зеркало. Не вдаваясь в подробности о том, какие частоты вас интересуют, я думаю, вполне правдоподобно иметь два набора инструментов, один в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, а другой в УФ и/или рентгеновском диапазоне, каждый со своими собственное оптическое зеркало для фокусировки на различных специализированных инструментах.

Позиция и хронометраж

Решение ваших проблем с объединением изображений с такого большого расстояния заключается в использовании высокоточных устройств для определения местоположения и хронометража. Для этой цели подойдет парк спутников, подобных земной системе GPS.

Например, спутники могут быть установлены на двух орбитах: одна внутри и одна за пределами пояса астероидов. Вам понадобится достаточное количество спутников, чтобы по крайней мере два на каждой орбите были видны каждой телескопической обсерватории в любое время. Я считаю, что вам понадобится только три на каждой орбите, но, возможно, четыре.

Используя такие спутники, как GPS, если вы получаете четыре сигнала одновременно, вы можете точно рассчитать свое положение в четырех пространствах (x, y, z, t). Принципы работы такие же, как у спутников GPS . Эти спутники уже используют атомные часы и поправку относительности для точности, поэтому они будут предоставлять метаданные о местоположении, направлении и хронометраже, сопровождающие каждое изображение, сделанное вашими телескопами.

Постобработка

При достаточно точной четырехмерной ориентации в пространстве-времени объединение изображений в более позднее время становится относительно тривиальной задачей. Изображения и их метаданные могут быть отправлены обратно на Землю для постобработки (так, как это делают сейчас наши космические зонды, такие как New Horizons).

Выводы

Единственная часть этого, которая не находится в пределах наших текущих технологических возможностей, - это тяжелая работа по перетаскиванию 100-метровых оптических, инфракрасных или рентгеновских зеркал на расстоянии 3 а.е. от подходящего астероида.

Технология комбинирования «изображений» не сильно отличается от того, что LIGO использует для своих разнесенных детекторов (штат Вашингтон и Луизиана); единственное отличие, которое требуется нашим спутникам ориентации от спутников GPS, заключается в большей мощности для передачи их сигналов на расстояния в AU. И телескопы в любых диапазонах, которые вас интересуют, не обязательно должны быть мощнее, чем лучшие из тех, что есть на Земле (хотя, я полагаю, они должны работать в вакууме).