Почему внеосевые телескопы-рефлекторы не более популярны для космических телескопов? Были ли они когда-либо?

Вкратце: мне еще не на 100% ясно, каковы все оптические компромиссы между осевыми и внеосевыми ТМА (см. ниже), но отчасти причина может быть... в политике ? Обратите внимание, что я нашел одну ссылку на внеосевой телескоп в космосе (см. ниже):

... прибор Landsat для обеспечения непрерывности данных / оперативного наземного изображения (LDCM / OLI) представляет собой четырехзеркальную систему с широким полем обзора без препятствий, и, как сообщается, у него не было проблем или задержек во время изготовления и настройки.

Смотрите также

• Почему поле зрения римского космического телескопа Нэнси Грейс имеет форму «призрака» PacMan?

---

Из римского космического телескопа Нэнси Грейс из Википедии; История финансирования и статус :

Разработка миссии

Первоначальная конструкция Романа, получившая название WFIRST Design Reference Mission 1, была изучена в 2011–2012 годах с беспрепятственным трехзеркальным анастигматным телескопом диаметром 1,3 м (4,3 фута). ¹³ Он содержал единственный прибор, формирователь изображения в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне/спектрометр без щелевой призмы.

В 2012 году появилась еще одна возможность: НАСА может использовать подержанный телескоп Национального разведывательного управления (NRO), изготовленный корпорацией Harris, для выполнения миссии, подобной той, что планировалась для Романа. NRO предложила пожертвовать два телескопа того же размера, что и космический телескоп Хаббла, но с меньшим фокусным расстоянием и, следовательно, более широким полем зрения. ¹⁴ Это придало проекту важный политический импульс , даже несмотря на то, что телескоп представляет собой лишь скромную часть стоимости миссии, а граничные условия проекта NRO могут увеличить общую стоимость по сравнению с новым проектом.

¹³ Грин и др. (2012) Заключительный отчет широкоугольного инфракрасного обзорного телескопа (WFIRST)

¹⁴ New York Times (4 июня 2012 г.) Бывший шпион Telescope может получить новую личность в качестве космического исследователя (иногда с платным доступом?)

Что (черт возьми) такое трехзеркальный анастигмат?

Для узкого поля зрения, например, когда мы смотрим на планету через телескоп, фокусирующий свет от одного объекта на щель спектрографа, подойдет обычная конструкция осевого телескопа.

Вот как работает Хаббл, это стандартный телескоп Ричи-Кретьена :

Телескоп Ричи-Кретьена (RCT или просто RC) - это специализированный вариант телескопа Кассегрена, который имеет гиперболическое главное зеркало и гиперболическое вторичное зеркало, предназначенные для устранения внеосевых оптических ошибок (комы). RCT имеет более широкое поле зрения без оптических ошибок по сравнению с более традиционной конфигурацией телескопа-рефлектора. С середины 20 века большинство крупных профессиональных исследовательских телескопов имели конфигурацию Ричи-Кретьена; некоторые хорошо известные примеры включают космический телескоп Хаббла, телескопы Кека и Очень Большой Телескоп ESO.

Судя по всему, этот дизайн уже «старый и сломанный», а трехзеркальный анастигмат — «новая мода».

Трехзеркальный анастигмат представляет собой анастигматный телескоп с тремя изогнутыми зеркалами, что позволяет свести к минимуму все три основные оптические аберрации — сферическую аберрацию, кому и астигматизм. Это в основном используется для обеспечения широких полей зрения, намного больших, чем это возможно для телескопов с одной или двумя изогнутыми поверхностями.

Телескоп только с одним изогнутым зеркалом, такой как ньютоновский телескоп, всегда будет иметь аберрации. Если зеркало сферическое, оно будет страдать от сферической аберрации. Если зеркало сделать параболическим, для исправления сферической аберрации, то оно обязательно должно страдать комой и внеосевым астигматизмом. С двумя изогнутыми зеркалами, такими как телескоп Ричи-Кретьена, кома также может быть сведена к минимуму. Это обеспечивает большее полезное поле зрения, а оставшийся астигматизм симметричен вокруг искаженных объектов, что позволяет выполнять астрометрию в широком поле зрения.Однако астигматизм можно уменьшить, включив третий изогнутый оптический элемент. Когда этот элемент является зеркалом, получается трехзеркальный анастигмат. На практике конструкция может также включать любое количество плоских складных зеркал, используемых для изменения оптического пути в более удобные конфигурации.

Они бывают как осевыми, так и внеосевыми!

Осевой трехзеркальный анастигмат

Световой путь и зеркала телескопа Пола-Бейкера, пример трехзеркального анастигмата. https://www.ast.cam.ac.uk/about/three-mirror.telescope

Источник

Из трехзеркального анастигмата:

Примеры

• Космический телескоп Джеймса Уэбба представляет собой трехзеркальный анастигмат с эллипсоидальным первичным, гиперболоидным вторичным и эллипсоидальным третичным. ⁶
• Миссия Евклид будет использовать телескоп Корша.
• Трехзеркальный телескоп Кембриджского университета . Проект включает 100-мм рабочую модель, построенную в 1985 году, и 500-мм прототип, построенный в 1986 году.
• Телескоп обсерватории Веры К. Рубин (ранее известный как Большой синоптический обзорный телескоп) представляет собой модифицированный трехзеркальный анастигмат конструкции Пола-Бейкера.
• Телескопы KH-11 Kennen (или, возможно, ныне отмененная Future Imagery Architecture ) могут быть трехзеркальными анастигматами, поскольку запасные телескопы, предоставленные НАСА Национальным разведывательным управлением, имеют именно такую ​​форму.
• Чрезвычайно большой телескоп будет трехзеркальным анастигматом с двумя дополнительными плоскими складными зеркалами.
• Оба спутника наблюдения Земли Deimos -2 и DubaiSat-2 оснащены трехзеркальным анастигматным телескопом конструкции Korsch. ^7,8
• Спектрометр Ralph на космическом корабле New Horizons
• Римский космический телескоп Нэнси Грейс , ранее называвшийся Инфракрасным обзорным телескопом с широким полем зрения (WFIRST), использует сложенный трехзеркальный анастигмат с эллипсоидальным первичным, гиперболоидным вторичным и эллипсоидальным третичным. ⁹ В более ранней конструкции использовался внеосевой трехзеркальный анастигмат. ¹⁰

⁶ «Оптический дизайн и анализ космического телескопа Джеймса Уэбба: элемент оптического телескопа» (платный доступ)

⁷ DEIMOS-2: экономичные мультиспектральные изображения очень высокого разрешения (платные материалы конференции) (см. реферат )

⁸ «Технические характеристики DubaiSat 2» (ссылка не работает)

⁹ Оптическая схема и прогнозируемая производительность узла оптики формирования изображений WFIRST фазы b и широкоугольного прибора (платный доступ, но можно прочитать на Researchgate и NASA NTRS )

¹⁰ Торговое исследование оптических конструкций для широкоугольного инфракрасного обзорного телескопа (WFIRST) (также можно прочитать в Researchgate )

А вот как выглядел бы внеосевой TMI:

Из исследования оптических конструкций 2012 года для широкоугольного инфракрасного обзорного телескопа (WFIRST) до того, как они приняли существующий осевой телескоп-шпион:

4.1 Описание IDRM

Основное отличие от JDEM-Omega - это переход к форме телескопа без затемнения. Преимущества этой формы для науки о темной энергии указывались ранее (16-18), но включают в себя улучшенную MTF, поскольку не требуется большое центральное затемнение для экранов рассеянного света (JDEM-Omega имеет 50% линейное затемнение), улучшенная чувствительность из-за отсутствия потери площади и увеличения гибкости конструкции из-за смещения апертуры, которое более естественно обеспечивает просвет луча. Одним из преимуществ uTMA по сравнению с системой с тремя зеркалами без промежуточного фокуса является уменьшение рассеянного света, возможное за счет размещения полевой диафрагмы в промежуточном фокусе, что ограничивает попадание рассеянного света в объем инструмента. Недостатки незатененной формы включают в себя больший общий объем упаковки телескопа, несколько более жесткие допуски на выравнивание, и потенциально более сложное изготовление и выравнивание зеркал. Мы чувствовали, что этот последний пункт часто преувеличивается, если принять во внимание улучшения в изготовлении зеркал и инструментах для выравнивания.Например, прибор Landsat для миссии обеспечения непрерывности данных/оперативного наземного имидж-сканера (LDCM/OLI) представляет собой четырехзеркальную систему с широким полем обзора, не имеющую препятствий или задержек во время изготовления и юстировки 19 ^.

¹⁹ Оптические характеристики телескопа OLI после юстировки (платный доступ)

Что могло быть (свободная апертура):

• Заключительный отчет широкоугольного инфракрасного обзорного телескопа WFIRST; Группа научного определения (9 МБ)

Рис. 48. Трассировка оптических лучей полезной нагрузки DRM2

Что такое (шесть лопастей плюс центральная обструкция):

• Заключительный отчет WFIRST-AFTA с широкоугольным инфракрасным обзорным телескопом и активами астрофизического телескопа (49 МБ)

Рисунок 3-4: Компоненты телескопа без узла внешнего ствола.

Рисунок 3-5: Входной зрачок телескопа