федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева»
Самарские ученые разрабатывают сверхлегкую оптическую систему для наноспутников

Самарские ученые разрабатывают сверхлегкую оптическую систему для наноспутников

Самарский университет

Разработка упростит создание массовых группировок наноспутников для мониторинга Земли

разработки Исследования Наука институт информатики математики и электроники кафедра суперкомпьютеров и общей информатики Никоноров Артем
18.11.2019 2019-12-23
Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева разработают и испытают в космосе сверхлегкую оптическую систему для дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Данная разработка упростит и удешевит создание массовых группировок наноспутников для постоянного мониторинга земной поверхности. Миниатюрные устройства весом всего несколько граммов также найдут свое применение в качестве камер на беспилотных летательных аппаратах.

Дифракционные оптические элементы (ДОЭ)
Работы ведутся в рамках полученного учеными гранта Фонда содействия инновациям при поддержке правительства и министерства экономического развития и инвестиций Самарской области. В основе будущей оптической системы — созданная ранее в Самарском университете плоская дифракционная линза, заменяющая систему линз и зеркал современных телеобъективов [1]. При производстве такой линзы на поверхность кварцевого стекла наносится резист — фоточувствительное вещество толщиной 10 микрометров (для сравнения, толщина человеческого волоса 40-90 микрометров). На резисте с помощью лазерного луча создается 256-уровневый микрорельеф. С его помощью происходит "приближение" объекта, а компенсацию искажений обеспечивает компьютерная обработка получаемых изображений на основе нейронных сетей глубокого обучения [2].
"Эта оптика легкая и дешевая. Мы можем сделать аналог 300-миллиметрового объектива, который будет весить около 10 граммов и стоить порядка 500 рублей. Наша задача — отработать технологию и вывести наноспутник с нашей оптикой на орбиту", — сообщил профессор кафедры суперкомпьютеров и общей информатики Самарского университета Артем Никоноров.
Самарскую разработку планируется подготовить к установке на наноспутник в конце 2020 — начале 2021 года. Как отмечают ученые, миниатюрные оптические системы наноспутников по своей разрешающей способности будут уступать специализированной оптике, устанавливаемой на больших аппаратах ДЗЗ. Ожидается, что первые образцы таких оптических систем будут обладать разрешением несколько десятков метров с высоты орбиты 400 км. Однако на основе низкобюджетных наноспутников с компактной оптикой можно будет создавать масштабные орбитальные группировки из сотен подобных космических аппаратов, что позволит вести мониторинг Земли в режиме практически реального времени, оперативно получая изображение необходимого участка земной поверхности и не дожидаясь, когда тот или иной большой спутник ДЗЗ окажется над нужным местом. Получаемая информация будет важна для оперативного отслеживания, например, ситуации с распространением природных пожаров, паводков, для наблюдения за сельскохозяйственными посевами и в других целях.
Для справки:

Самарский университет - один из мировых лидеров в области исследований дифракционных оптических элементов и обработки изображений. Разработанная в университете дифракционная линза - один из результатов 40-летней работы школы дифракционной оптики и нанофотоники под руководством академика РАН, президента Самарского университета Виктора Сойфера.
Первая статья ученых Самарского университета, подтверждавшая возможность использования дифракционной оптики в изображающих системах, опубликована в мае 2015 года по итогам крупнейшей мировой конференции по обработке изображений - IEEE Computer Vision and Pattern Recognition [3]. В ноябре 2015 года вышла в свет совместная работа университета Торонто и университета имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии, посвященная подобной разработке, со ссылкой на работу Самарского университета. Ранее никто в мире не использовал дифракционную оптику для получения цветных изображений высокого разрешения.