О создании 3D-лидаров космического базирования для дистанционного исследования малых небесных тел

В докладе [1] Вишнякова В.М. и соавторов были всесторонне рассмотрены проблемы, возникающие при исследовании малых небесных тел, в том числе астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ), которые могут быть решены при использовании многофункционального лазерного комплекса. В процессе трехмерного лазерного наблюдения объекта, с которым осуществляется сближение, в приемнике формируется 3D-образ объекта, в котором учтены все неоднородности рельефа (скалы, впадины и пр.) в районе посадки во избежание возможного опрокидывания или поломки спускаемого аппарата.
В настоящем докладе рассмотрены варианты построения и аппаратурной реализации бортовых 3D-лазерных локаторов. Для случая слежения за малыми небесными телами (такими, как АСЗ, кометы, и др.), у которых может быть большая динамика движения относительно космических аппаратов (КА) миссии, предпочтительнее вариант моноимпульсного лидара. В таком лидаре качество изображения объекта, формируемого за один импульс излучения лазера, не зависит от относительной динамики движения КА и АСЗ, нестабильности системы сканирования и других подобных факторов.
Выбор спектрального диапазона работы 3D-лидара в наибольшей степени зависит от спектральной характеристики ключевого компонента моноимпульсного лидара - матричного фотоприемного устройства (МФПУ).
Рассматриваются варианты построения МФПУ на лавинных фотодиодах (ЛФД): «дискретная» матрица из отдельных элементов и интегральная матрица.
Основные достоинства интегрального варианта МФПУ:
• использование в фокальной плоскости малых (размером порядка 50…100 мкм) элементарных ЛФД, что позволит применить короткофокусную приемную оптику и, тем самым, снизить массогабариты лидара;
• уменьшение разброса характеристик между отдельными каналами МФПУ благодаря значительно большей однородности параметров фоточувствительных элементов (ФЧЭ) при интегральном исполнении матрицы.
Рассмотрены прототипы лидаров на импульсно-периодических лазерах разработки ИОФ РАН и других организаций.
Рассматриваются варианты реализации интегральной фоточувствительной матрицы на микропиксельных ЛФД, предлагается способ устранения неоднозначности определения номеров ФЧЭ, занятых полезными сигналами. Приведены задачи натурного эксперимента по отработке 3D-лазерного локатора с использованием технологического наноспутника в качестве имитатора объекта исследования.
1. В.М.Вишняков, В.П.Лебеденко (ФГУП ЦНИИмаш), А.П.Минеев, С.М.Нефедов (ИОФ РАН) «Возможности многофункционального использования 3D-лазерных локаторов в исследовательских космических миссиях к телам Солнечной системы». – Доклад на 12 Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса".