Михаил Лапиков - Освоение Солнечной: логистика будущего

История вопроса

В бытовом понимании телескоп – это что-то вроде подзорной трубы чуть повесомей калибром. Линзы побольше, винты наводки поточнее, а в остальном – всё то же самое. Но в реальности телескопы сильно изменились ещё в эпоху сэра Исаака Ньютона!

Как?

Проблема линзы

Обычный телескоп собирает поток света большого сечения и сводит его в сравнительно малое. От диаметра телескопа, до примерно человеческого глаза. Чем меньше при этом искажений, тем чётче и яснее картинка. Наблюдатель получает возможность увидеть слишком бледные и слабые объекты на большом удалении в куда лучших деталях.

Но линза даёт цветовые искажения. Явление хроматической аберрации приводит к появлению цветной «ауры» у наблюдаемых объектов. Вызвано это физической природой движения света в разных средах – между воздухом и стеклом линз. Как ни крути, как ни полируй, как ни комбинируй линзы в ахроматический составной бутерброд – эффект ослабнет, но останется. Изображение размоет.

Что с этим делать?

Зеркало против линзы

Решение отыскали ещё в семнадцатом веке. Телескоп-рефлектор, в котором вместо линзы используют зеркало. Оно кривое, для лучшей фокусировки, но отражает свет ровно тем же, что и получает, без разложения в спектр.

Значит, систему линз, через которую проходит свет, можно заменить системой зеркал, которая его отражает – с фокусировкой большого количества света при очень малом искажении, которое в основном порождено тем, что творится в небе за пределами телескопа.

Хорошее зеркало можно сделать прочнее хорошей линзы. Обрабатывать его дешевле и проще. Физический размер телескопа-рефлектора легче увеличить – и получить ещё лучшие результаты.

Телескоп без границ

В теории ограничения на размер телескопа в космосе пренебрежимо малы. На Земле требуется учитывать силу тяжести и атмосферную помеху. Космический телескоп лишён и того и другого.

Если для запуска телескопа с Земли ещё приходится как-то учитывать перегрузки, для телескопа, который собрали в космосе, отпадает и эта проблема. Его физический размер уходит от единичных метров к лучшим значениям.

Более того, на телах с низкой местной силой тяжести размер телескопа можно повысить дополнительно – очень интересным способом!

Телескоп с жидким зеркалом

Жидкий металл с высокой отражающей способностью, например, ртуть, прекрасно фокусирует свет. Центрифуга добавляет к местному притяжению имитацию силы тяжести за счёт вращения, и зеркало ртути из плоского становится именно таким, каким надо. Одновременно криволинейно изогнутым, очень большим и абсолютно гладким.

Разумеется, на планете или малой луне возможности подобного телескопа ограничены тем, что он смотрит условно «вверх» от центра тяжести. То есть наблюдает лишь то, что физически может наблюдать, без любой возможности поворачиваться. Но при достаточном количестве освоенных небесных тел возможности подобных телескопов при сборе и обработке информации резко улучшаются. А главное – они на порядки дешевле телескопов с прецизионной обработкой большой линзы или большого зеркала.

А теперь – кручёный!

Технически, большое зеркало жидкометаллического телескопа можно разместить и на конструкции из тросов и противовесов. Раскрутить в космосе её можно сравнительно дёшево и сравнительно эффективно. Мощный компьютер вполне сможет вводить поправку на вращение – и подвижная система начнёт работать как виртуально недвижимая.

Звучит как то ещё извращение, но такой жидкометаллический телескоп уже можно перенацеливать в нужную сторону.

Впрочем, можно и просто использовать большие лёгкие зеркала вдали от тел с большой силой тяжести.

Зеркальный массив

Современные большие космические телескопы с раскладными сотовыми зеркалами-шестиугольниками обладают удивительно высокими для своих массы и габаритов параметрами. Единственное серьёзное ограничение – телескоп должен пережить запуск с планеты и достаточно высокую перегрузку.

Зеркало легендарного «Хаббла» – относительно скромные 2,4 метра. У японского наземного «Субару» – 8,3 метра. Самое большое единичное зеркало в мире. Дальше – только составные поля из многих зеркал, которые достаточно быстро превысили десятки метров даже на Земле.

В космосе зеркальный массив большого космического телескопа запросто можно увеличить на многие километры, или десятки километров. Если вам кажется, что это много – зря вам так кажется. По-настоящему большие распределённые космические системы наблюдения с точки зрения современной науки примут облик ещё интереснее, а результаты получат куда лучше.

Без помех

В космосе отсутствуют горизонт и атмосфера. Мощные препятствия эффективному наблюдению с Земли. Да, световая помеха в космосе велика. Солнце даёт такой поток света, что для человеческого глаза космос выглядит чёрным. Но и бороться с ней относительно легко.

К тому же, в условиях микрогравитации заметно лучше работает активная оптика.

Система активной поддержки

Современные микроприводы и компьютеры взяли на себя одну из основных проблем большой астрономии. Они решили трудности с деформацией зеркала под воздействием каких-то внешних сил. Относительно простые маленькие и слабые моторы подстраивают активную оптику под изменение условий наблюдения. Компенсируют перекосы и прочие искажения с высокой точностью.

Активное зеркало состоит из большого количества относительно малых, но крайне подвижных элементов в единой системе. Это то, что в принципе стало возможным только с нынешним развитием микроэлектроники. Очередной пример того, как «мобильники спасли космос».

Эти же системы породили и адаптивную оптику – зеркала, способные в реальном времени реагировать на атмосферные искажения, которые возникают в том же реальном времени – от воздействия температуры, влажности, и прочих чисто земных факторов.

Впрочем, это актуально только для Земли. Вернёмся обратно в космос!

За пределами видимого

Разумеется, большая космическая астрономия давно уже вышла за пределы видимого спектра. Инфракрасное наблюдение, радиотелескопы и более хитрые астрономические конструкции тоже отлично выполняют свою работу.

Каждый раз, когда всплывает дикий миф про «малозаметность в космосе», вдохновенный до полупрозрачности автор очередной космической вундервафли старательно игнорирует, что наблюдать его штернраумтарнкаппенракеттенгерат будут в любых диапазонах, включая те, про которые в полемическом задоре старательно умалчивается.

Как вычислить тепловой след марсианского агрессора, коротко и доходчиво писали даже в научно-популярных журналах столетней давности. С тех пор наблюдение за космосом стало гораздо эффективнее.