用途の広いCubeSat望遠鏡：小さな宇宙船の中の大口径に行く

用途の広いCubeSat望遠鏡：小さな宇宙船の中の大口径に行く
2021年7月28日に提出
学術研究目的のCubeSat望遠鏡の設計は、極端な環境での性能を最大化するために、複雑な光学的および構造的設計とコストのバランスをとる必要があります。CubeSatのサイズを大きくすると（たとえば、6Uから12U）、潜在的な光学性能は向上しますが、コストは現物で増加します。ダイヤモンド旋削の最近の開発により、非球面アルミニウムミラーのアクセシビリティが向上し、十分に補正された超小型衛星望遠鏡の費用効果の高い体制が可能になりました。比較的大きな95mmの開口部と、MEMSファインステアリングモジュールによって安定化された0.4度の回折限界の全視野で、パフォーマンス、コスト、およびスケジュールを最適化する、全アルミニウム製の多用途CubeSat望遠鏡（VCT）プラットフォームを紹介します。この研究は、宇宙船の熱的および構造的擾乱の関数としての性能低下の容易な特徴付けを可能にする新しい設計ツールを特徴としています。VCTの軸上実装と軸外実装の間のトレード、熱安定性要件、有限要素解析などの詳細を示し、生存に関する考慮事項を発表します。VCTは、天文学、地球画像、および光通信のための手頃なプラットフォームを提供する、さまざまなCubeSat搭載アプリケーションに適しています。
　
図1.（左）軸上望遠鏡と（右）軸外望遠鏡の設計のシステムレイアウト。 それぞれに3つのオプティカルがあります
要素、細かいポインティング制御用の2つの高速ステアリングミラー（FSM）、および研究ペイロード専用のボリューム。


図2.ストレールレシオ対のマップ （左）軸上および（右）軸外VCTの視野。 の対称性
光学システムは、回転対称フィールドを持つ軸上設計により、パフォーマンスを非常に簡単に反映します。
軸外設計は平面対称の性能を示しますが、性能。


図3.軸上（赤の実線）および軸外（青の破線）の設計のミスアライメント曲線に対する感度
それぞれの二次（上）および三次（下）光学部品。 軸上システムは、両方のX / Y偏心に対して感度が低くなります
要素、M2のX / Y / Z傾斜、およびM3のX / Z傾斜。


図4.裸のアルミニウムミラーとコーティングされていないN-BK7レンズ表面を想定した偏光瞳マップ。 （上）望遠鏡の（左）軸上および（右）軸外の多用途キューブの減衰および（下）リターダンスマップ。 これらのデータ
λ= 780nmで計算されました。 この波長では、軸外アルミニウムVCTで最大の減衰が見られ、
オフアクシスゴールドは最大のリターダンスを見ています。 これは、軸外設計がより多くの課題をもたらすことを示しています
軸上設計よりも偏光に敏感なペイロード。


図5.六角プレート、フレクシャ、およびチューブの設計を強調したVCTOTAのFEM。


図6.六角板と主鏡の温度差の有限要素結果。 たわみ設計により、約摂氏1度あたり10nmのトレフォイル表面のたるみ。


図7.主鏡（左）と六角板（右）の3Dプリントは、＜2kgの質量要件を達成する


図8.波面（左）とPSF（右）に対するSTARの影響。 主鏡に接する力は
FEAで適用され、結果として生じる表面変形がOpticStudioレイトレースモデルにロードされました。 これにより許可されます
構造的および熱的変形の関数としての性能低下の評価。


図9.韓国の大学Hanbat Nationalによって製造された軸上VCT設計の製造された（左）一次および（右）二次　。