Адаптивные оптические системы

Высокое и сверхвысокое разрешение съёмки — ключевой показатель конкурентоспособности группировок дистанционного зондирования Земли. Зарубежные группировки насчитывают более 300 аппаратов оптического наблюдения и более 180 аппаратов радарного наблюдения; российская группировка — примерно полтора аппарата.

Гарантированное разрешение у зарубежных систем — 0,3 м. У единственного полноценного российского аппарата класса сверхвысокого разрешения, Ресурс-П, — 0,7 м; кубсаты дают лишь 2,5 м. Разрыв критичен для задач мониторинга, картографирования и обороны.

Разрешение телескопа прямо пропорционально диаметру апертуры главного зеркала. Для получения гарантированного разрешения 0,3 м с орбиты 500 км необходимо зеркало диаметром 1,8 м — вывести монолитное зеркало такого размера в космос невозможно из-за габаритов и массы.

Классическое решение — раскладное зеркало из лепестков, как у телескопа имени Джеймса Уэбба. Но оно порождает новую проблему: лепестки нужно фазировать с точностью до нанометров, иначе изображение не соберётся.

Задача фазировки формулируется строго в терминах нелинейного преобразования Фурье — и его формулы обращения. Измерение искажённого сигнала позволяет восстановить расфазировку лепестков как решение обратной задачи.

Существующие алгоритмы фазировки обоснованием не обладают: они представляют собой итерационную сходимость без доказательства. Телескоп имени Джеймса Уэбба с 24 лепестками фазируется вручную неделями — для аппарата ДЗЗ, работающего в реальном времени, такой подход неработоспособен.

У группы есть решение: явное решение задачи фазировки через специальное обобщение преобразования Фурье и модификацию сигнала. В отличие от итерационных алгоритмов, явное решение вычисляется напрямую — что открывает возможность фазирования лепестков в реальном времени на борту одного аппарата.

Множественность измерений на борту одного аппарата радикально уменьшает стоимость выведения группировки: на одном среднем носителе можно разместить до 12 спутников.