Разработка компактного зенитного телескопа с учетом влияния вибраций ртутного зеркала и фонового шума

Разработан зенитный телескоп для наблюдения градиента силы тяжести и вращения луны, а также создана опытная модель для наземных экспериментов. Для опытной модели были разработаны, в частности, штатив с системой контроля углового положения, устойчивый ртутный горизонт, методика получения показателей вибрационных воздействий. В августе–сентябре 2014 года были проведены лабораторные эксперименты и натурные наблюдения с целью испытания системы телескопа и программного обеспечения в целом. Полученные результаты сопоставлены с результатами экспериментов, направленных на повышение точности нахождения центров изображений звезд с помощью простой оптической системы. Кроме того, было изучено влияние вибраций ртутного зеркала на положение центроида на приборе с зарядовой связью (ПЗС). Результаты экспериментов показали, что эффекты вибрации практически одинаковы для звезд в одном и том же поле зрения и могут быть скорректированы путем вычитания среднего значения; вибрации ртутного зеркала вызывают погрешности в определении центроида до 0,2"; при этом существует сильная корреляция между среднеквадратическим отклонением положения центроида и отношением «сигнал–шум» для изображений звезд. Существует возможность достичь погрешности 0,01" при достаточно высоком показателе отношения «сигнал–шум» и при условии коррекции вибрационных воздействий.

1. Yokoyama, K., Manabe, S. and Sakai, S., History of the International Polar Motion Service/Latitude Service, Polar Motion: Historical and Scientific Problems ASP Conference Series, 208, 2000 (Eds. S. Dick, D. McCarthy and B. Luzum), 2000, pp. 147–162.

2. Hirt, C. and Bürki, B., The Digital Zenith Camera – a new high-precision and economic astrogeodetic observation system for real-time measurement of deflections of the vertical, Proc. 3rd Meeting of the International Gravity and Geoid Commission of the International Association of Geodesy, Thessaloniki, Greece (ed. I. Tziavos), 2002, pp. 161–166.

3. Heiskanen, W. A. and Moritz, H., Physical geodesy, Freeman, 1966, p. 364. 4. Li, Z. X., Li, H., Li, Y.F. and Han, Y. B., Non-tidal variations in the deflection of the vertical at Beijing Observatory, J. Geodesy, 2005, vol. 78, pp. 588–593, DOI 10.1007/s00190-004-0421-2.

4. Hanada, H., Heki, H., Araki, H., Matumoto, K., Noda, H., Kawano, N., Tsubokawa, T., Tsuruta, S., Tazawa, S., Asari, K., Kono, Y., Yano, T., Gouda, N., Iwata, T., Yokoyama, T., Kanamori, H., Funazaki, K. and Miyazaki, T., Application of PZT telescope to In-situ Lunar Orientation Measurement (ILOM), International Association of Geodesy Symposia, 2004, vol. 128, pp. 163–168.

5. Noda, H., Heki, K. and Hanada, H., In-situ Lunar Orientation Measurement (ILOM): Simulation of observation, Adv. Space Res., 2008, vol. 42, pp. 358–362.

6. Williams, J. G., Boggs, D. H., Yoder, C. F., Ratcliff, J. T. and Dickey, J. O., Lunar rotational dissipation in solid body and molten core, J. Geophys. Res., 2001, vol. 106, pp. 27933–27968.

7. Hanada, H., Araki, H., Tazawa, S., Tsuruta, S., Noda, H., Asari, K., Sasaki, S., Funazaki, K., Satoh, A., Taniguchi, H., Kikuchi, M., Takahashi, T., Yamazaki, A., Ping, J., Kawano, N., Petrova, N., Gouda, N., Yano, T., Yamada, Y., Niwa, Y., Kono, Y., and Iwata, T., Development of a digital zenith telescope for advanced astrometry, Science China, 2012, vol. 55, pp. 723–732.

8. Hanada, H., Tsuruta, S., Asari, K., Araki, H., Noda, H., Kashima, S., Funazaki, K., Satoh, A., Taniguchi, H., Kato, H., Kikuchi, M., Sasaki, H., Hasegawa, T. and Gusev, A., Expected accuracy of a small telescope like PZT for observations of vertical gravity gradient and Lunar rotation 4th IAG Symposium on Terrestrial Gravimetry, 2016, 4th IAG Symposium on Terrestrial Gravimetry: Static and Mobile Measurements (TG-SMM 2016), St. Petersburg, 2016, pp. 220–227.

9. Noda, H., Thermal analyses for ILOM project, Report on the Research Meeting of Space Astronomy (Apr 16, 2004), 2004 (internal document).

10. Tsuruta, S., Noda, H., Hanada, H., and Asari, K., Temperature variation of a tube of the telescope for ILOM project on the lunar surface – results of simulations and experiments., Proc. 27th Solar System Exploration Symposium, 2005, pp. 73–76 (in Japanese).

11. Yano, T., Gouda, N., Kobayashi, Y., Tsujimoto, T., Nakajima, T., Hanada, H., Kan-ya, Y., Yamada, Y., Araki, H., Tazawa, S., Asari, K., Tsuruta, S. and Kawano, N., CCD Centroiding Experiment for the Japan Astrometry Satellite Mission (JASMINE) and In Situ Lunar Orientation Measurement (ILOM), Publ. Astr. Soc. Pacific, 2004, vol. 116, pp. 667–673.

12. Kashima, S., A telescope for In-Situ Lunar Orientation Measurement with a diffractive optical element, Patent Application No.2013-80826, 2013.

13. Kashima, S., Araki, H., Tsuruta, S., and Hanada, H., Proposal of adoption of DOE for In Situ Lunar Orientation Measurementss (ILOM), Proc. 31st Symposium on Techniques in Astronomy, 2011, pp. 80–82 (in Japanese).

14. Rabinovich, A. B., Seiches and harbor oscillations, Handbook of Coastal and Ocean Engineering (ed. Kim, Y. C.), 2009, pp.193–236.

15. Tsuruta, S., Hanada, H., Araki, H., Asari, K., Kashima, S., Utsunomiya, S., and Kamiya, T., Experimental development of mercury pool for ILOM project, Proc. 32nd Symposium on Techniques in Astronomy, 2012, pp. 65–68 (in Japanese).

16. Tsuruta, S., Hanada, H., Asari, K., Chiba, K., Yokokawa, R., Inaba, K., Funazaki, K., Taniguchi, H., Satoh, A., Kato, H., Kikuchi, M., Araki, H., Noda, H., and Kashima, S., Imaging experiments with a mercury pool in the experimental model of a telescope for ILOM project, Proceedings of the 14th Space Science Symposium, 2014, pp. 250–253 (in Japanese).

17. Taniguchi, H., Vacuum test of the driving mechanism (5th report), Report on the Research Meeting of ILOM (June 25, 2012), 2012 (internal document).

18. Tsuruta, S., Hanada, H., Asari, K., and Tazawa, S., Experiments in simulated lunar surface environment (2), Proc. 30th Symposium on Techniques in Astronomy, 2011, pp. 105–108 (in Japanese).

19. Yano T., Araki, H., Gouda, N., Kobayashi, Y., Tsujimoto, T., Nakajima, T., Kawano, N., and Tazawa, S., CCD centroiding experiment for correcting a distorted image on the focal plane. Publ Astron Soc Pacific, 2006, vol. 118, pp. 1448–1454.

20. Lamb, H., Hydrodynamics, 6th ed., 1959, pp. 282–291.

21. Ishizaki, H., Discussion on the vibration of PZT mercury basin, Report Tokyo Astronomical Observatory, 1986, vol. 20, pp. 604-616 (in Japanese).

22. Rabinovich, A. B., Seiches and harbor oscillations, Handbook of Coastal and Ocean Engineering (ed. Y. C. Kim), 2009, pp. 193–236.

23. Zhai, C., Shao, M., Goullioud, R, and Nemati, B., Micro-pixel accuracy centroid displacement estimation and detector calibration, Proc. Roy. Soc. A., 2011, vol. 467, pp. 3550–3569.