Master's Thesis

Design of a solar coronagraph for CubeSat

Final Thesis 7.88 MB

Author of thesis: Ing. Šimon Juračka

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Pavel Pořízka, Ph.D.

Reviewer: Ing. Karolina Macúchová, Ph.D.

Abstract:

This thesis deals with the optical design of a compact Lyot solar coronagraph intended for a CubeSat-class satellite platform. In this thesis, the main optical requirements were defined, an optical layout was designed, and the proposed system was evaluated in Ansys Zemax OpticStudio. The work also includes an assessment of the optical performance of the design, its sensitivity to manufacturing and alignment tolerances, the effects of temperature variations, and the potential use of commercially available optical components.

Keywords:

solar coronagraph, Lyot coronagraph, external occulter, CubeSat, optical design, Ansys Zemax OpticStudio, sensitivity analysis

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Způsob mechanického sestavení. Vliv nepřesnosti polohy výsuvných clon. Porovnal jste parametry s jinými zařízeními? Co je nejdůležitější parametr pro hodnocení kvality obrazu. Student na otázky odpověděl.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Physical Engineering and Nanotechnology (N-FIN-P)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (místopředseda)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (člen)
doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Petráček, Dr. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Pavel Pořízka, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá vysoce aktuální a komplexní problematikou návrhu kompaktního slunečního koronografu určeného pro družicové platformy třídy CubeSat. Tento návrh je pro laboratoř Laserové spektroskopie velmi zajímavý z pohledu jejího dlouhodobého rozvoje.

V počáteční fázi řešení se student musel detailně seznámit s teoretickými základy přístrojové optiky i specifiky praktického návrhu pro vesmírné aplikace. Řešení projektu vyžadovalo osvojení si zcela nových dovedností ve specializovaných softwarových nástrojích – konkrétně návrh a modelování optických soustav v programu Zemax (OpticStudio). Tento počáteční proces učení se a hledání optimálního postupu vyžadoval v úvodu větší míru konzultací a metodického vedení. Přesto student po celou dobu přistupoval k řešení velmi zodpovědně a snažil se pracovat samostatně.

Samotný text práce je strukturován velmi logicky, myšlenky na sebe plynule navazují a lze konstatovat, že student úspěšně dosáhl všech vytyčených cílů. Z odborného a technického hlediska bych rád vyzdvihl zejména zajímavě koncipované řešení uložení optických prvků. Velmi dobře je zpracován také návrh vnější okultace (zákrytové clony) pro efektivní zastínění disku Slunce, což je pro správnou funkci Lyotova koronografu zcela klíčové. Student v poslední části přistoupil i k toleranční analýze, která bude potřebná pro další vývojové kroky.

K formální stránce práce nemám výhrady. Práce s odbornou literaturou je na vysoké úrovni, zdroje jsou citovány korektně a celková úprava i další formální náležitosti textu jsou zpracovány kvalitně a bez větších výtek.

Z pohledu praktické využitelnosti je třeba objektivně zhodnotit, že navržený systém nelze v současné podobě bez dalších změn a vývoje přímo integrovat a využít ve finální aplikaci. Výsledný návrh představuje funkční teoretický a koncepční model, pro jehož reálné nasazení na oběžné dráze bude zcela jistě zapotřebí další inženýrský vývoj, optimalizace a testování. To však nijak nesnižuje kvalitu odvedené práce v rámci zadání.

Závěrem bych rád zdůraznil, že student prokázal schopnost zorientovat se v náročné problematice a aplikovat inženýrské přístupy při návrhu komplexního optického systému. Práci plně doporučuji k obhajobě a vzhledem k výše zmíněným drobným výhradám k samostatnosti v úvodu práce navrhuji hodnocení výborně (A).
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality C
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic B

Grade proposed by supervisor: A

Předložená diplomová práce se zabývá aktuálním a odborně náročným tématem návrhu slunečního koronografu pro platformu typu CubeSat. Téma má jasnou vědeckou i aplikační relevanci.

Autor prokázal schopnost samostatně řešit komplexní optický návrh, vhodně využívat software Zemax OpticStudio a aplikovat poznatky z oblasti koronografické optiky. Oceňuji rozsáhlou rešerši současných vesmírných koronografů. Vlastní přínos práce spočívá ve vytvoření návrhu s reálnými optickými prvky v kompaktní konfiguraci, která splňuje omezení 3U. Nadstandardní je rozsáhlá tolerační analýza včetně Monte Carlo simulace.

Práce působí metodicky a inženýrsky konzistentně, je logicky členěná, graficky kvalitně zpracovaná a využívá relevantní literaturu.

Za přínosné pro další rozvoj návrhu bych považovala doplnění radiometrické bilance a detailnější analýzy difrakce a rozptýleného světla v celém systému. Práce se těmto aspektům věnuje především na teoretické úrovni, přičemž jejich hlubší numerické vyhodnocení by umožnilo lépe kvantifikovat očekávanou citlivost přístroje a ověřit dosažitelnost zamýšlených měření.

Práce dosahuje velmi vysoké odborné úrovně s výrazným vlastním přínosem autora. Splňuje cíle zadání a doporučuji ji k obhajobě s hodnocením A.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment B
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. Jaký kontrast mezi koronou a reziduálním rozptýleným světlem očekáváte u navrženého systému a jak by ovlivnil pozorování emisních čar Fe X a Fe XIV?
  2. Který z identifikovaných tolerančních parametrů považujete za nejkritičtější z hlediska reálné výroby a integrace přístroje?
  3. V práci uvádíte připravovaný koronograf MiniCOR pro platformu 3U CubeSat. V čem spatřujete hlavní přínos svého návrhu oproti tomuto existujícímu řešení?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová