Адаптивные системы, которые разрабатывают в томском Институте оптики атмосферы СО РАН, позволяют без искажений увидеть объекты сквозь неоднородную среду.
Известно, что большинство информации о Вселенной человек получает через изображения посредством своих глаз. Специальные приборы, такие как астрономические телескопы, стократно усиливают возможности человеческого глаза, позволяют видеть то, что невозможно наблюдать невооруженным глазом. Однако сама атмосфера неидеальная – она сильно искажает оптические волны.
«Мы тщательно изучаем нашу земную атмосферу и на основе наших новых знаний разрабатываем специальную аппаратуру, которая анализирует искажения оптических волн, разрабатываем специальную управляемую «гибкую», или составную оптику, которая работает под управлением соответствующих управляющих компьютерных программ, — объясняет заведующий лабораторией Когерентной и адаптивной оптики НИИ Владимир Лукин. — Когда оптическая волна, например, от звезды, или другого космического объекта, проходит через атмосферу, из-за неоднородности среды в ней появляются искажения. Чтобы исправить эти искажения, мы используем эту специальную «гибкую» или, состоящую из множества составных элементов, оптику. Такую оптику мы называем «адаптивной». Любой элемент такого зеркала можно легко переместить, отодвинуть, по-разному повернуть. И таких элементов в системе довольно много, они поворачиваются под управлением компьютера непрерывно и очень быстро — сотни-тысячи раз в секунду, в итоге исправляют сигнал. И в результате, то, что искажает атмосфера, мы тут же, в реальном времени, исправляем и получаем истинную картинку».
Адаптивная оптическая система томских разработчиков «Ангара» установлена на самом большом солнечном телескопе России на берегу озера Байкал в пос. Листвянка Иркутской области, в результате искажения в телескопе уменьшились в тысячу раз. Это важно для обеспечения высокоточных наблюдений за Солнцем.
«Чем больше астрономы изучают Солнце, тем больше они понимают, как живет наша звезда. Когда на Солнце появляются пятна, происходят выбросы плазмы, на Земле может случиться сбой электронной связи, космической аппаратуры, систем ГЛОНАСС, GPS. Если научиться предсказывать состояние Солнца, можно обеспечить сохранность аппаратуры, выключая ее на доли минуты, секунды и тем самым уберечь ее и предотвратить ошибки в ориентации, допустим, кораблей. Известно также, что есть взаимосвязь между выбросами на Солнце и сердечными приступами, инфарктами у человека. Если будет точный прогноз состояния Солнца на 4-5 дней, больные вовремя смогут получить соответствующее лекарство», — говорит Владимир Лукин.
Астрономия — только одна из областей применения адаптивной оптики. Адаптивные системы используются для высокоточного управления лазерными пучками: с их помощью, например, можно обеспечить навигацию кораблей в сложных погодных условиях, когда даже радиоволны проходят в атмосфере плохо. Лазерные линии связи могут обеспечить передачу данных и связать спутники с Землей или с космической станцией, или, например, объекты в большом городе.
«Оптическая связь позволяет передавать очень много информации, — продолжает Лукин. — На одной длине волны можно передать сто каналов телевидения, чего нельзя сделать в радиодиапазоне, при этом связь очень хорошо защищена от помех. Она может применяться в космосе, под водой, на месте аварий и в других экстремальных условиях».
Адаптивная оптика с успехом может быть применена и в медицине. Уже сейчас лазер используют как высокоточный скальпель, но человеческие ткани это тоже неоднородная среда, и предотвратить искажение лазерного пучка как раз и помогает адаптивная оптика. При офтальмологических операциях она позволяет пройти через искажающие слои, четко разглядеть глазное дно и патологию, которая требует исправления.
Томские оптические системы не уступают качеством импортным аналогам, но при этом за счет российской комплектации остаются в десятки раз дешевле. К отечественному «железу» томичи добавляют свое уникальное программное обеспечение, которые управляет адаптивной системой и позволяет сформировать необходимые параметры оптической волны. Это томское «ноу-хау» делает создаваемое программное обеспечение уникальным, превосходящим имеющиеся аналоги и способным работать в самых сложных условиях: турбулентность, туман и т.п.
Институт оптики атмосферы имени В.Е. Зуева СО РАН работает с астрономами по всей России: сотрудничает с Институтом солнечно-земной физики в Иркутске, несколькими российскими обсерваториями, Европейской Южной Обсерваторией в Чили. Свои приборы ученые поставляют в институты Российской академии наук и вузы (МГУ, НГУ).
Два адаптивных зеркала были разработаны и установлены на астрономические телескопы, создаваемые в астрономическом центре Китая, и сейчас с КНР ведутся переговоры о поставке новой адаптивной системы для измерения и управления искажениями в оптических линиях связи.
| Пресс-служба инновационных организаций Томской области |