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XXVIII Lighting LIGHTING 24 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2020 L’impostazione di un modello ad alta fedelt à diventa più im- pegnativa per telecamere, telescopi, spettrometri e dispositivi simili che operano in ambienti estremi. Questa sfida forse è più formidabile ancora per i sistemi ottici su veicoli spaziali. L’ambiente spaziale può sottoporre le apparecchiature a gra- dienti di temperatura estremi, dal freddo vuoto dello spazio stesso al calore travolgente del Sole, con tutto ciò che sta nel mezzo. Le variazioni di temperatura influenzano direttamen- te le prestazioni di un sistema ottico perché la maggior parte dei materiali reali hanno indici di rifrazione dipendenti dalla temperatura. Inoltre, le sollecitazioni termiche si combinano con altri carichi applicati per causare deformazioni che pos- sono peggiorare ulteriormente le prestazioni. Qui esplore- remo alcune delle sfide uniche nell’uso di software di simu- lazione per l’analisi accoppiata strutturale-termo-ottica delle prestazioni, nota come analisi STOP. Un semplice sistema di lenti Petzval Consideriamo prima di tutto un sistema di lenti Petzval a temperatura uniforme e senza forze applicate. La len- te Petzval è composta da gruppi di lenti anteriori e po- steriori accompagnati da una lente di appiattimento del campo. I raggi collimati si propagano da sinistra (verde) verso un piano di immagine a destra (rosso) (Fig. 1). Si vedono anche il piano dell’immagine e uno stop del diaframma tra i gruppi di lenti. Ora supponiamo di prendere questo semplice sistema di lenti e di inserirlo in un insieme reale con sollecitazio- ni e gradienti di temperatura. Per eseguire un’accurata analisi STOP, dobbiamo modellare non solo le lenti stes- se ma anche l’apparato circostante. Questo ci impone di considerare le seguenti domande: • Come vengono montate le lenti? • Quali sono le condizioni al contorno per l’analisi strut- turale? • Quali sono le condizioni al contorno della tempera- tura? Per dare una dimostrazione di questo flusso di lavoro, abbiamo modificato la precedente geometria delle lenti Petzval montando le lenti in un barrel all’interno di una camera di termovuoto, che mira a imitare l’ambiente dello spazio sia dal punto di vista della pressione sia del- la temperatura. Un diagramma che mostra una sezione trasversale delle lenti, del barrel, del mount e della ca- mera è mostrato in figura 2. Una camera come questa potrebbe essere utilizzata per testare una fotocamera o un telescopio a bassa temperatura in un ambiente di la- boratorio controllato prima di lanciarlo nello spazio. L’intero barrel è contenuto all’interno dei confini del mantello termico (1) che, in questo esempio, sono mante- nuti a una temperatura fissa di -50 °C, magari pompando un gas liquefatto attraverso le pareti. La radiazione entra poi nel mantello termico attraverso una finestra esterna sotto vuoto (2) e un’ulteriore finestra termica (3). Questa finestra termica supplementare viene aggiunta per aiuta- Analisi di performance strutturale-termo-ottica La simulazione numerica è diventata uno strumento indispensabile per la progettazione, l’ottimizzazione e la diagnostica dei sistemi ottici. Un modello computazionale ad alta fedeltà può ridurre notevolmente il tempo e lo sforzo necessari per la prototipazione e il relativo lavoro sperimentale Christopher Boucher Fig. 1 – Diagramma a raggi di una lente Petzval