Математическое моделирование работы 3D-сканера при контроле зеркальной системы обсерватории «Миллиметрон»

Abstract

Создается оригинальная система контроля геометрии зеркал обсерватории «Миллиметрон» для работы в составе бортового комплекса научной аппаратуры. Система предназначена для контроля качества зеркальной системы космического телескопа и использования получаемых данных в качестве сигналов «обратной связи» для предварительной настройки и юстировки оптической системы телескопа в космическом пространстве. Задачей системы является определение многомерного вектора неизвестных параметров состояния зеркальной системы телескопа по косвенным измерениям, получаемым в результате обмера телескопа 3D-сканером. Создана не имеющая аналогов математическая модель, численно описывающая процесс предварительного обмера зеркальной системы обсерватории «Миллиметрон» с использованием оптических контрольных меток на поверхности зеркальной системы. На базе созданной математической модели осуществлено численное моделирование работы бортового 3D-сканера при предварительном обмере зеркальной системы обсерватории «Миллиметрон» с использованием оптических контрольных меток на поверхности зеркал в приближении геометрической оптики. Разработан новый эффективный метод предварительной оценки смещения элементов зеркальной системы телескопа по косвенным (неявным) измерениям, выполняемым 3D-сканером. Метод основан на математическом преобразовании косвенных измерений отклонений положения контрольных меток зеркал телескопа от их эталонного положения, на выходе которого выдается список оценок смещений неизвестных параметров элементов зеркальной системы, задаваемых удобным образом. Показана возможность обмера зеркальной системы телескопа с целью его предварительной настройки при использовании 3D-сканера на борту космического аппарата. Приведены оценки допустимых отклонений компонент зеркальной системы, необходимые для обеспечения функциональности телескопа.

We develop an original system for controlling the mirror geometry of the Millimetron observatory as a part of the on-board scientific equipment. The system is designed to monitor the quality of the space telescope's mirror system and use the data received as feedback signals for presetting and adjusting the telescope's optical system in outer space. The system aims to determine a multi-dimensional vector of unknown parameters that define the state of the telescope's mirror system by indirect measurements of the telescope with a 3D scanner. An unparalleled mathematical model has been created, numerically describing a process of pre-measurement of the mirror system of the Millimetron Observatory using optical control marks on the surface of the mirror system. Using the mathematical model created and the geometric optics approximation, we numerically simulate the performance of the on-board 3D scanner in the course of preliminary measurements of the mirror system of the Millimetron Observatory using optical control marks applied on the mirror surfaces. A new effective method of pre-estimation of the displacement of elements of the AP telescope by indirect (implicit) measurements performed with the 3D scanner has been created. The method is based on the mathematical transformation of indirect measurements of deviations of the position of the telescope's mirror control marks from their reference position, which provides an easy-to-use list of estimates of the offsets of the unknown parameters of the mirror system elements. A possibility to measure the telescope's mirror system with the aim to pre-configure it using a 3D scanner on board the spacecraft is shown. Estimates of acceptable deviations of the mirror system component needed to ensure the telescope's functionality are given.