Искривленный взгляд на мир порой бывает очень полезен
в народном хозяйстве
Именно в этом институте 2 июня 1961 года, вскоре после американцев, впервые в СССР был запущен лазер на рубине. Это - Государственный
оптический институт имени С.И. Вавилова, ГОИ.
Кроме всего прочего институт некогда стал родоначальником теперь уже всемирно известной Международной конференции "Оптика лазеров". Рекордное количество докладов (свыше
700) на прошедшей юбилейной Х Международной конференции "Оптика лазеров" были посвящены перспективным типам лазеров, современным методам управления лазерными пучками, использованию
лазеров в энергетике, медицине, в системах коммуникации, в обработке материалов, в экзотической пока проблеме обнаружения и регистрации гравитационных волн. Крупнейший мировой
форум собрал на этот раз ученых из 27 стран.
На одной из секций конференции, которая называлась "Коррекция и трансформация волнового фронта" едва ли не половина докладов была посвящена тематике мембранных
зеркал. А это - одна из перспективных ветвей интенсивно развивающегося сейчас научного направления - адаптивной оптики. Как отметил в своем докладе
Дмитрий Еськов, начальник отделения НИИ физической оптики, оптики лазеров и информационно-оптических систем Всероссийского Научного Центра "Государственный оптический институт
имени С.И. Вавилова" (НИИ ФООЛИОС ВНЦ "ГОИ имени С.И. Вавилова"): "В результате широкомасштабных работ, связанных с разработкой и исследованием адаптивных оптических систем
(АОС), используемых при создании систем космической разведки, информационных систем обеспечения высокоточного и лазерного оружия, за последние 25 лет создана такая научно-техническая
база, которая позволит в ближайшее время ожидать появления разнообразных приборов с уникальным сочетанием технических характеристик для различного применения, как военного,
так и гражданского. А это неминуемо приведет к мощному развитию всего оптико-электронного приборостроения".
Идея создания адаптивных зеркал, то есть зеркал с управляемой в реальном времени формой поверхности, начала разрабатываться, прежде всего "для компенсации
влияния атмосферной турбулентности в наземных телескопах", еще в 50-е годы. В 1957 году впервые в Советском Союзе академик Линник построил макет телескопа
с компенсацией турбулентности атмосферы при помощи адаптивного зеркала. Проведенные им в стенах ГОИ работы заложили основы построения крупногабаритных телескопов с "нежесткими"
зеркалами, гибкими или составными, которые позволили бы достичь высокого качества разрешения в телескопе. А его предложения по коррекции волнового фронта
в выходном зрачке, то есть в месте, где строится изображение главного зеркала, а также по созданию искусственной опорной звезды, необходимой для работы
датчика волнового фронта, во многом определили современный облик АОС.
Реализации его идей ждать пришлось "недолго", всего четверть века. Это время потребовалось для решения сложных научно-технических задач как в разработке различных материалов
для самих зеркал, так и для в создании специальных программ расчета влияния на качество адаптации движения приводных механизмов. Создание же методов контроля волнового фронта
на выходе оптической системы и разработка соответствующих высокочувствительных датчиков со сверхвысокими точностями измерения - едва ли не одна из самых сложных проблем.
Когда в ГОИ приступали к реализации большого проекта по созданию трехметрового телескопа космического базирования, то не только в институте, но и во всем Советском Союзе
не было и намека на изготовление подобных зеркал. Неслучайно, что в момент начала активной работы над проектом по созданию стенда адаптивного телескопа, в нем принимало участие
более 70 предприятий и организаций СССР.
Создание специальной системы разгрузки, дабы зеркало не деформировалось под собственным весом, - это вообще из области новейших российских технологий. К 1992 году степень
готовности стенда адаптивного телескопа с диаметром главного зеркала 3,2 м оценивалась разработчиками примерно в 60%.
В ГОИ в настоящее время ведутся экспериментальные работы по отработке различных технологий, а также по созданию современных методов контроля. Например, для контроля состояния
формы и измерения волнового фронта оптических зеркал существуют различные интерференционные и неинтерференционные методы измерений. Один из самых современных и привлекательных
методов - метод так называемой двухдлинноволновой динамической голографии. "Привлекательность его заключается в том, что на одной и той же жидкокристаллической
ячейке, облучаемой одновременно двумя лазерами, генерирующими излучение на различных длинах волн, можно получать некую синтезированную голограмму,
- рассказывает Вадим Парфенов, сотрудник НИИ ФООЛИОС ВНЦ "ГОИ имени С.И. Вавилова", руководитель проекта, финансируемого Фондом гражданских исследований США (CRDF), в рамках
которого разрабатывается концепция построения компактной измерительной системы контроля мембранного зеркала космического базирования. - По этой голограмме в реальном масштабе
времени можно проводить измерения ошибок искажений волнового фронта и поверхности контролируемых зеркал в большом динамическом диапазоне (от сотых долей до нескольких тысяч
длин волн)".
Кстати, по поводу измерительной системы. Идею применения двухдлинноволновой голографической интерферометрии для контроля мембранных зеркал предложил сотрудник НИИ лазерной
физики (НИИЛФ) Владимир Венедиктов. А реализовать ее планируется в новом году в рамках сотрудничества научных групп двух институтов - НИИ ФООЛИОС и НИИЛФ.
На соседнем оптическом столе, где включен красный лазер, собрана другая экспериментальная установка - макет датчика Гартмана. Здесь используется другой
метод измерений волнового фронта. Изображение контролируемого зеркала разбивается на большое количество зон - элементов. Анализ и сравнение волнового фронта отдельных зон
дает информацию о распределении ошибок по всей поверхности зеркала. Метод реализации экрана Гартмана также базируется на использовании жидкокристаллической технологии.
- А это что за интересный экспонат? - интересуюсь у Вадима Парфенова.
- Это и есть мембранное зеркало. Если вы посмотритесь в него сейчас, то увидите увеличенное изображение. Это означает, что зеркало искривлено и имеет сферическую форму
поверхности. А так (Вадим подкручивает какие-то винты) вы видите нормальное отражение, как в обычном зеркале. Самое любопытное что? Это зеркало сделано из тонкой пленки на
лавсановой основе, на которую нанесено высокоотражающее покрытие.
Сейчас в мире разворачиваются активные исследования, цель которых - создание крупногабаритных оптических зеркал на базе тонких пленок. В Соединенных Штатах Америки даже
существует специальная научно-техническая программа по этому направлению. При этом работы там ведутся в первую очередь в исследовательской лаборатории ВВС США. Американцы
рассматривают пленочные мембранные зеркала как одну из передовых технологий создания крупногабаритных космических зеркал диаметром 15-20, а в перспективе и 50 метров.
Уже сегодня просматривается несколько возможных направлений использования мембранных технологий. В первую очередь, это концентраторы световой энергии для обеспечения работы
солнечных батарей спутников и космические радиоантенны. В перспективе могут быть и более экзотические применения, например, наблюдательные оптические системы космического
базирования, а возможно, даже силовая оптика для фокусировки мощных лазерных пучков.
Этот интерес связан с тем, что тонкая пленка практически ничего не весит - несколько сотен граммов при диаметре зеркала в десятки метров. Но это практически невесомое зеркало
нужно каким-то образом вывести в космос, развернуть. И все-таки, прежде всего, нужно научиться делать пленку хорошего качества и решить задачу придания ей заданной формы:
сферы, параболы. Этой проблемой американцы занимаются уже много лет, а в последние годы к исследованиям подключились наши коллеги из Института лазерной физики. Наверное, на
конференции вы слышали доклад Сергея Димакова, в лаборатории которого изготовлен макет мембранного зеркала диаметром полметра? Мы же к этим работам подключились совсем недавно
и пытаемся разработать способы контроля мембранных зеркал. Следующий шаг будет намного сложнее - нужно научиться управлять формой поверхности такого зеркала и с необходимой
точностью поддерживать ее в процессе работы космической системы.
- А кто у нас в стране заинтересован в ваших работах?
- Большой интерес проявляют наши замечательные российские астрономы. Сегодня Россия, фактически, осталась без астрономических телескопов. Потому что все астрономические
телескопы были у нас на юге: в горах, в Крыму, на Кавказе. Едва ли не единственный работающий до сих пор телескоп - в Пулковской обсерватории. Поэтому потребность в крупногабаритных
телескопах с высоким разрешением в нашей стране огромная.
Мы сотрудничаем с Институтом астрономии РАН в рамках программы по созданию космических интерферометров. Это большая интересная программа, которая
существует сейчас в мире, в России. И кроме проектов, есть реально разработанный инструмент - космический интерферометр "ОЗИРИС". Директор Института
астрономии академик Александр Боярчук постоянно проявляет интерес к нашей деятельности.
От себя добавлю. Подобные работы, несмотря на скудость их финансирования, не прекращались в Государственном оптическом институте все эти трудные годы. А что касается самой
адаптивной оптики, то перспективы у этого направления действительно грандиозные - это и огромные астрономические телескопы с диаметром главного зеркала до 100 метров, это
и оптическая связь, это и возможности коррекции зрения человека. И это только начало!
Вера Парафонова
Санкт-Петербург-Москва
НГ-Наука
