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これとは対照的に現代のグラフィカルなシノプシスのCODE V、LightToolsなどの光学设计ツールは何百万もの幾何学的な光線を素早く追跡できる高度な半導体ベースのマイクロプロセッサーによって実現されています。これらの光線追跡は、光学设计エンジニアによって導かれる最適化アルゴリズムで使用され、高度な半導体とソフトウェアツールなしでは決して開発できなかった光学システムを设计することができます。

宇宙で用いられる光学システムと現在の设计課題

宇宙探査用途では、多種多様な光学システムが用いられています。宇宙船に搭載される光学システムの一例としてStar Cameraがあります。
Star Cameraは、焦点面アレイ上に星野を結像させる光学システムです。星の画像は標準的な星のカタログと比較され、Star Cameraが向いている方向、ひいては宇宙船の向きを決定します。

Star Cameraは、ほぼすべての現代の宇宙船に組み込まれており、宇宙船の位置と方位を確定するために不可欠なものになっています。

他にも宇宙探査で使用される光学システムの例としては、科学的に重要なシーンの画像を提供するために使用される科学撮像カメラ、大気放出や地质组成を研究するために使用される分光计、さらには距离の确定や物质の组成を远隔评価するために使用される尝颈顿础搁システムなどがあります。

使用される光学システムは、目的によって異なります。例えばMars Perseverance Roverに搭載されたズームカメラのMastcam-Zは、火星の地形を調査し、火星の過去に水が存在したであろう場所を特定し、地質学的特徴の形成における水の役割について分析するための情報を収集します。また、その場所が生命体の生存に適していた可能性があるかどうかといった情報も収集します。

地球外に存在するかもしれない生命体の探査は、现在、宇宙探査における主要な目的のひとつです。生命体を宿す可能性のある惑星を発见する目的で、地上望远镜による探査や宇宙空间でのミッションが进展しています。

しかし、宇宙用光学システムの设计には多くの課題が伴います。環境条件は過酷で、非常に暑い環境もあれば、極端に寒い環境もあり、時には両極端の間で温度が大きく変動します。また、環境によっては腐食性があり、宇宙で使用される光学システムは高い放射線に曝されます。

宇宙用光学システムはますます高度化し、信頼性は极めて高くなければなりません。过酷な环境、高度化の要求、信頼性の课题とともに、技术者は大きさも考虑する必要があります。体积、质量、电力は宇宙船では贵重な资源であり、光学システムには非常に困难な制约が课せられています。

シノプシスの宇宙分野における学际的な取り组みと轨跡

上記に記載したように、数多くの制約や環境条件が課せられた设计および実装要素があるため、宇宙用光学システムの设计と構築にはお互いで協力し合う専門家で構成されたチームが必要です。

宇宙ミッションにおける光学システムは、このようなチーム构成の中で初めて可能となります。スポーツチームのように考えてみてください。すべてのプレーヤーが独自のスキルを持ち寄り、チームメイトを信頼し、ゴールを决めたり、タッチダウンを决めたり、満塁ホームランを打ったりして胜利するために协力し合います。

ミッションクリティカルな宇宙プロジェクトに取り组む际にも、フィールドと同様、政治家やリーダーから技术エキスパートやプログラマーに至るまで、トップダウンで共通の目标を达成するための强力なチーム体制が求められます。

シノプシスには、宇宙開発に携わってきた豊かな歴史があり、適切なチームの一員であることの重要性を熟知しています。シノプシスに買収される以前から、Optical Research Associates社(ORA)は宇宙計画の初期ミッションに设计を提供していました。その後、光学エンジニアはORA/シノプシスのソフトウェアを使用して、ハッブル宇宙望遠鏡の最初のサービスミッションで補正光学系の设计と検証を行い、現在のような鮮明な画像の撮影を可能にしています。最近では、シノプシスの光学エンジニアがさまざまなパートナーと協力して、深宇宙と地球低軌道(LEO)の双方のシステムを手掛けています。

代表的な例として、シノプシスの光学エンジニアはMalin Space Science Systems社、Motiv Space Systems社、アリゾナ州立大学、Jet Propulsion Laboratory(JPL)と協力し、光学设计ソフトウェアのCODE Vを使用して、惑星間および深宇宙探査における初のズームレンズシステムMastcam-Zを设计しました。

また、JWSTプロダクト?インテグリティ?チームの一員としてNASAと緊密に協力し、ビッグバン後に形成された最初の銀河を研究するための観測装置の设计にCODE Vを使用しました。このような組織横断的な取り組みは、ミッションクリティカルな宇宙プロジェクトを成功させ、宇宙に関する知識を広げるために不可欠なのです。