Четверг 25.02.202111:17
Приветствую Вас Гость | RSS
 
Главная Глава 2 Регистрация Вход
Меню сайта
Категории
Московское отделение [3]
Ленинградское отделение [0]
Мурманское отделение [0]
Новосибирское отделение [0]
Центральный совет [0]
Наблюдательная астрономия [5]
Телескопостроение [0]
Лекции [1]
Тротуарная астрономия [0]
Новости сайта [0]
Енисейское отделение [2]
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Фрагмент книги Александра Громова "Человек с телескопом"

 

Глава 2. Выбор заготовки, или чуть-чуть о скромности

 

Корифеи и гуру любительского телескопостроения в один голос советуют начинать со 150-миллиметрового сферического зеркала. Сферическая (а не параболическая или с какой-нибудь иной асферикой) форма его поверхности накладывает ограничение на максимальное относительное фокусное расстояние (не более 1:8,1 при отклонении поверхности от параболоида λ/8, что соответствует фокусному расстоянию 1215 мм). В итоге получится довольно скромное главное зеркало для довольно скромного любительского инструмента. В чем тут дело? Неужели корифеи и гуру, творя свои книги, попросту списывали друг у друга?

Никоим образом. Они просто мудры, потому и гуру.

Ваше первое зеркало должно быть небольшим. Во-первых, заготовку для него легче достать, а если это не удастся – вырезать ее из толстого витринного стекла или – если повезет – более крупной заготовки из качественного стекла, забракованной по причине, например, серьезных сколов на краю. Во-вторых, имеют значение размеры места, потребного для работы. В-третьих, со 150-мм стеклом вы уж точно не измучитесь физически, двигая его туда-сюда по шлифовальнику и полировальнику. В-четвертых, при фатальной неудаче (зеркало раскололось) ваши материальные потери будут невелики, что, возможно, отчасти поможет вам справиться с потерями моральными.

И эти доводы отнюдь не главные. Есть кое-что поважнее.

Зеркало большого диаметра поневоле должно иметь большую толщину. Практически в каждой книжке по любительскому телескопостроению вы найдете таблицу зависимости толщины заготовки для главного зеркала от ее диаметра1. При разгрузке 150-мм зеркала на 3 точки достаточно 20-мм толщины заготовки (для стекла К8 или витринного). Правда, если разгрузить зеркало на 6 или более точек, необходимая толщина заготовки уменьшается в разы. Вот тут-то и кроется ловушка. Наберите в YouTube поиск по теме «Телескоп своими руками», и вы увидите целый ряд роликов, где энтузиасты ничтоже сумняшеся вырезают из витринного стекла весьма крупные заготовки для зеркал. Неискушенный, но самонадеянный любитель легко может прийти к мысли: возьму здоровенную тонкую заготовку, разгружу ее (в том числе при работе над зеркалом; об этом ниже) на 9-18-27 точек и построю инструмент-гигант! Тем более что на интернет-форумах можно встретить даже такое чудо, как заверения одного самодеятельного телескопостроителя в том, что он изготовил зеркало хорошего качества диаметром свыше 500 мм при толщине менее 20 мм!

От души советую: отнеситесь к таким заверениям скептически. Более чем вероятно, что их автор пребывает в плену самообмана. Практически наверняка ничего хорошего из подобной попытки у вас не выйдет, так что боритесь с гигантоманией. Сложность разгрузки большого тонкого зеркала при его изготовлении, испытании и, наконец, в готовом телескопе перевесит все выгоды большой апертуры. Как вы думаете, почему мастера на оптическом производстве не любят браться за изготовление зеркал, если отношение их толщины к диаметру меньше 1:8, в крайнем случае 1:10? Ответ: с тонким зеркалом даже им, опытным мастерам, придется помучиться. Вероятность же того, что неопытный любитель изготовит тонкое зеркало приличного качества, и вовсе близка к нулю.

Кстати, в телескопе большое, но тонкое зеркало приходится разгружать не только с тыльной стороны, но и с боковой. К примеру, если 250-мм зеркало толщиной 30 мм еще может лежать боковиной на двух опорах, то уже 300-мм зеркало той же толщины при такой боковой разгрузке ведет себя отвратительно, то есть недопустимо деформируется под собственным весом. Приходится применять специальные меры боковой разгрузки, либо увеличивая количество опорных точек (например, с помощью качающихся коромысел), либо подвешивая зеркало в ремне или тросике, как при теневых испытаниях. Но 300-мм зеркало толщиной 30 мм деформируется, хотя уже и не фатально, даже при подвеске его в ремне. У зеркала, как говорят мастера-оптики, «растет пузо», то есть появляется асимметричный внеосевой бугор. Изображения окологоризонтных объектов, наблюдаемых в телескоп с таким зеркалом, будут подпорчены сферической аберрацией и астигматизмом. Помните, у вас не будет ни так называемой активной разгрузки, используемой для зеркал крупнейших современных телескопов, ни весьма сложной механической системы разгрузки главного зеркала, примененной для 42-тонного 6-метрового зеркала БТА!

И даже этот довод против гигантизма еще не самый главный. Основная причина совета начать со 150-мм зеркала – ненужность его параболизации. То есть параболизовать-то его можно, но категорической необходимости в этом нет. А вот 250-мм зеркало, как справедливо указал М.С. Навашин, уже придется параболизовать, иначе телескоп на его основе превратится в неподъемного и неудобного в работе монстра с длиной трубы порядка 2,5 м. И даже для параболического зеркала профессор Навашин посоветовал ограничиться относительным отверстием 1:7, не гонясь за более короткой трубой. Но почему?

В самом деле, почему бы не изготовить параболическое зеркало с А = 1:4 или даже больше и не построить на его основе «ньютон» с короткой трубой? В чем подвох?

В нескольких обстоятельствах. Необходимость применить в короткофокусном «ньютоне» более крупное вторичное зеркало – наверное, наименьшая проблема. Подбор окуляров, не портящих изображение при относительных отверстиях 1:5 и выше – тоже проблема худо-бедно решаемая. С трудностями юстировки короткофокусной оптической системы тоже можно справиться, помучившись сколько надо. Наконец, при наблюдениях в телескоп с А = 1:5 уже желательно применять корректор комы, а при А = 1:4 – желательно крайне. Корректор комы совершенно обязателен в том случае, если вы намереваетесь использовать короткофокусный «ньютон» как астрограф. Расчет показывает, что 250-мм «ньютон» с А = 1:7 будет иметь радиус поля зрения, условно свободного от комы, 3,66'. Не так уж много, но, как говорится, жить можно. Если же увеличить относительное отверстие до 1:4, то этот радиус уменьшится до 1,19'. При этом размер малой оси пятна комы на краю поля зрения увеличится более чем втрое.

Корректор комы избавит вас (ну почти) от этой беды, хотя это дополнительная деталь, дополнительные расходы и дополнительные потери света на линзах корректора. В целом перечисленные выше проблемы вполне решаемы. Не в них кроется главная загвоздка.

Сложность оптического контроля короткофокусного параболического зеркала – вот основная причина не гнаться за большим относительным отверстием. При испытаниях малосветосильного сферического зеркала вы спокойно пользуетесь теневым методом, изобретенным Леоном Фуко в позапрошлом веке и честно служащим по сей день. Этот метод хорош именно для сферических зеркал. Не нужно большой квалификации, чтобы заметить, глядя в теневой прибор: вот все зеркало разом осветилось, вот так же мгновенно погасло, а вот оно покрылось пепельной полутенью... Очень наглядно, да и просто красиво! Точность метода высока и более чем достаточна.

Теперь предположим, что мы работаем над относительно короткофокусным зеркалом, стремясь приблизить его к параболоиду и время от времени исследуя его методом Фуко. Мы даже предположим, что нам удалось достать или изготовить очень хороший теневой прибор, свободный от инструментального астигматизма, то есть такой прибор, в котором нож совмещен со светящейся щелью (об этом см. у Л.Л. Сикорука). Да-да, мы применяем специальные маски или наносим на зеркало метки фломастером, заполняем таблицы и высчитываем отклонение фигуры зеркала от идеальной параболы методом Миллье-Лакруа. Это несложно и даже порой увлекательно. Получим ли мы в итоге при должном старании близкое к идеалу зеркало? Совсем не факт. Метод Миллье-Лакруа применяется любителями только «от бедности» и работает не очень хорошо.

В чем дело? Ведь математическое обоснование метода безупречно!» – вправе возразить вы. Соглашусь: обоснование безупречно. Небезупречны человеческий глаз и человеческая психология.

Довольно трудно без большого опыта точно определить, где находится середина полутеневой зоны, которая как раз и должна попасть на нанесенную на зеркало метку или в прорезь маски. Не зря рекомендуется повторять испытание не менее 10 раз, усредняя полученные данные. Но и этого средства мало! Ох, как хочется немного сжульничать и чуть-чуть – ну совсем чуть-чуть! – подогнать то, что мы видим, под то, что должно быть! В науке этот прискорбный эффект (или дефект) нашей психологии приводит к тому, что на политкорректном языке называется иммунизацией результатов, но будем грубо-прямолинейны: это самая настоящая подгонка. Нередко – неосознанная. Впасть в самообман бывает проще, чем постоянно подвергать свой труд – и себя, любимого! – жесткой критике. «Нельзя слепо верить в то, во что хочется», – утверждал Тирион Ланнистер. Истина банальная, но справедливая. И тем не менее каждому из нас ежедневно приходится сталкиваться с этой слепой и наивной верой – хоть в быту, хоть в телескопостроении. Чтобы вам не было обидно, признаюсь: мое первое 160-мм зеркало с фокусным расстоянием 800 мм (А = 1:5) было весьма далеким от параболоида, а ведь я считал, что оно с трудом, но все же входит в допуск. И основывался как раз на методе Миллье-Лакруа!

Хуже того: казусы такого рода случаются и с куда более заслуженными любителями, нежели ваш покорный слуга. Например, известный энтузиаст любительской астрономии А.А. Михеев из Ростова-на-Дону еще в 1955 году изготовил 325-мм зеркало с фокусным расстоянием 1380 мм для «ньютона», много лет проработавшего в общественной городской обсерватории. Зеркало испытывалось из центра кривизны, и строился график Миллье-Лакруа. Согласно графику, отклонения фигуры зеркала от параболоида не вышли – и далеко не вышли! – за допустимые пределы. В 2016 году это зеркало попало в Отдел любительского телескопостроения при МОО АГО2 на более дотошное исследование. Результат не слишком порадовал: несмотря на то, что при испытании из центра кривизны зеркало вполне ожидаемо показало хорошую с виду параболообразную теневую картину, наподобие изображенной на рис. 16, автоколлимационное исследование сразу выявило на нем ряд зональных ошибок и трехлучевой астигматизм.

Так выглядит «параболическое» зеркало при теневом испытании из центра кривизны.

Рис. 16. Так выглядит «параболическое» зеркало при теневом испытании из центра кривизны. Совсем не факт, что оно действительно параболическое!

Между прочим, такое зеркало считается очень неплохим – для любительского. Его отклонение от параболоида и впрямь не превышает λ/8. Беда в том, что для оценки качества зеркал следовало бы использовать совсем другой, значительно более наглядный параметр...

Это число Штреля, а в просторечии просто «штрель» – отношение между высотой реального центрального пика дифракционного изображения светящейся точки, даваемого вашей оптической системой (или одиночным зеркалом, если исследуется зеркало) к теоретически возможной высоте центрального пика (см. рис. 17). Исследования зеркала по искусственному звездному небу необходимы как раз для того, чтобы оценить, приемлем ли в первом приближении «штрель» или никуда не годится. При значительном опыте этот метод позволяет прогнозировать «штрель» довольно точно.

Понятно, что число Штреля всегда меньше единицы. Обычно мастера-оптики, «гонящие» серию и не относящиеся к разряду кое-какеров, считают зеркало годным, если его «штрель» не менее 0,8. Зеркало с числом Штреля выше 0,9 справедливо относится к хорошим, выше 0,95 – к превосходным. Зеркала с числом Штреля выше 0,98 встречаются исключительно редко. Один раз за 12-летнюю историю Отдела любительского телескопостроения при МОО АГО на исследование поступило уникальное зеркало со «штрелем», равным 0,992. Возможно, где-то существует оптика еще лучшего качества, но я о ней ничего не слышал.

Число Штреля равно h/H

Рис. 17. Распределение освещенности в дифракционном изображении светящейся точки при идеальной (пунктирная линия) и реальной оптике. Число Штреля равно h/H.

Если вы внимательно читали литературу, то, вероятно, запомнили, что помимо общей близости к идеальной форме зеркало еще должно быть по возможности плавным, без заметных зональных ошибок (валиков и канавок). Это пожелание может вызвать недоумение: какая разница, вызвано ли отклонение от идеальной формы общей кривизной – например, недопараболизацией – или зональными ошибками, если амплитуда отклонений одинакова? А разница именно в числе Штреля. Оно определяется не только амплитудой отклонений реальной фигуры зеркала от идеальной, но также площадью участков с отклонениями и зонами, на которых находятся эти участки.

К сожалению, зеркало А.А. Михеева показало число Штреля всего 0,757 в наилучшем из полученных результатов (см. очень наглядный рис. 18) и 0,700 в усреднении по нескольким измерениям.

 

 

 

результаты интерферометрического испытания сравнительно неплохого любительского параболического зеркала

Рис. 18. Результаты интерферометрического испытания сравнительно неплохого любительского параболического зеркала. При испытании зеркала методом Фуко из центра кривизны лучших параметров достичь, пожалуй, нельзя.

Помните: интерферометра у вас скорее всего не будет. Этот прибор – редкий зверь, водящийся, как правило, лишь в оптических лабораториях. То же относится и к плоскому эталонному зеркалу для испытаний в автоколлимации, и к сферическому эталонному зеркальному компенсатору для нуль-тестов. Значит, вам волей-неволей придется исследовать зеркало из центра кривизны, используя метод Фуко или его позднейшие модификации. Вот тут-то и встанут в полный рост проблемы качества оптического контроля вашего зеркала, если вы все-таки не послушаетесь доброго совета умерить на первое время желание сотворить крупный и притом светосильный «ньютон». Именно 150-мм сферическое зеркало является разумным компромиссом между трудом и результатом. Может быть, 150-мм зеркало покажется вам слишком маленьким, пусть так, но я настаиваю: 200 мм – это предел для новичка. Опять-таки крайне желательно на первый случай изготовить сферическое, а не параболическое зеркало. Да, инструмент получится длинноватым, но с этим придется смириться. Беритесь за параболическое зеркало лишь в том случае, если можете воспользоваться прямой помощью более опытного телескопостроителя. Но лучше оставьте параболизацию главного зеркала для вашего следующего, второго телескопа, когда вы уже приобретете некоторый опыт и будете готовы к решению более сложных задач. И даже в этом случае не гонитесь за большими значениями относительного отверстия. Зеркало с А = 1:4 или больше у вас гарантированно не получится качественным без значительно большего опыта и хорошей оснастки. А вот зеркало с А = 1:6 – почему бы и нет?

И будет лучше, если фигуризацией зеркала займетесь вы, а исследованием его методом Миллье-Лакруа – кто-то другой. Какая-никакая, а все же защита от невольной подгонки. Правда, начинающему любителю трудно найти человека, умеющего сносно читать теневые картины.

Вряд ли вам захочется после долгих трудов построить «кривоскоп», непригодный для наблюдений с большими увеличениями, как это некогда получилось у меня...

Для справки: идеально сферическое 150-миллиметровое зеркало с фокусным расстоянием 1215 мм и отклонением от параболоида, равным λ/8, будет иметь число Штреля около 0,8, что вполне приемлемо. А главное, контроль такого зеркала прост и нагляден. Если же фигура зеркала будет иметь небольшой плавный – именно небольшой и обязательно плавный – уклон в сторону параболоида, то это только к лучшему.

Итак, выбираем заготовку диаметром 150-200 мм толщиной не менее 20 мм, но желательно и не более 35 мм (для 200-мм зеркала). Какой взять сорт стекла?

Обычно приходится брать тот, который легче достать. Вот примерный ранжир по качеству (в порядке его убывания)3:

1. Ситалл СО-115М

2. Плавленый кварц

3. ЛК5, ЛК7 или «пирекс» (импортный вариант ЛК)

4. К8

5. Витринное или иллюминаторное стекло (отличия от К8 невелики)

6. Различные стекла типа «флинт», чья маркировка начинается с буквы Ф или ТФ (тяжелый флинт). Эти марки стекла предназначены для линз ахроматических объективов и мало пригодны для зеркал.

Что в данном случае означает качество стекла?

Это некий интегральный параметр (коэффициент Максутова), в который входят модуль упругости стекла, его теплопроводность, теплоемкость, плотность и коэффициент линейного расширения. Чем выше коэффициент Максутова, тем лучше материал. По этому параметру ситалл на голову выше всех в первую очередь из-за крайне малого (практически нулевого) коэффициента линейного расширения. По той же причине внутренние напряжения в ситалле не имеют серьезного значения, хотя и встречаются довольно часто. Ситалл труднее шлифуется из-за его твердости, зато полируется почти так же хорошо, как стекла серии ЛК, и, в отличие от К8, на нем труднее посадить царапину при тонкой шлифовке и полировке. С ситаллом приятно работать. К сожалению, ситалл дорог. И вспомните, что я говорил в первой части книги о влиянии тепловых токов в телескопе. Вы могли где-нибудь прочитать, что телескоп с ситалловым зеркалом не требует отстойки, – и это верно, но лишь в том смысле, что фигура зеркала не меняется при выносе телескопа из теплого помещения в ночную прохладу или даже на мороз. Но от тепловых токов все равно никуда не деться, и струение теплого воздуха перед остывающим зеркалом неизбежно будет иметь место. Так что отстойка телескопа все-таки необходима, хотя и меняет свой физический смысл. В целом ситалл, конечно, очень хорош, но сильно переоценен во мнении любителей. Помните: идеального материала не существует, есть лишь некие приближения к нему.

 

Глава 2 (продолжение)

 

Глава 1 Глава 2 Глава 3 Глава 4 Глава 5 Глава 6 Глава 7 Глава 8 Глава 9

 

Вход на сайт
Поиск
Календарь
«  Февраль 2021  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
Наш опрос
Оцените наш сайт
Всего ответов: 10
Архив записей
Copyright MOO AGO © 2021 Карта сайта XML
Всесоюзное Астрономо-Геодезическое Общество (1932-2020)