Труба телескопа Ньютона

[bot]

Труба телескопа Ньютона

Труба состоит из следующих основных частей

Newton.jpg (61.9 КБ) 24829 просмотров

Труба

Обеспечивает постоянство положения отдельных частей относительно друг друга, светозащиту от внешней засветки, потоков теплого воздуха от тела и дыхания наблюдателя, пыли и влаги. Труба может быть сплошной несущей или выполненной в виде фермы (возможно с легким чехлом, например, из капрона. Для уменьшения тепловых внутри трубы лучше окрашивать трубу снаружи белым цветом, а материал трубы выбирать из неметаллов.
Жесткость трубы обеспечивает также возможность ее присоединения к монтировке телескопа. Меньшая жесткость нужна для крепления в альт-азимутальной симметричной монтировке (типа Добсона) и несколько большая для крепления в экваториальной.

Главное зеркало

Создает изображение удаленных предметов в фокальной плоскости окуляра. В классическом исполнении имеет профиль параболоида вращения, но иногда при малых относительных отверстиях может быть без ущерба заменено на сферическое. Парабола более подвержено технологическим ошибкам изготовления в процессе так называемой фигуризации, но зато обеспечивает высокую светосилу и нулевые аберрации на оси. Толщина зеркала должна быть такой, чтобы обеспечивать достаточную жесткость в условиях переменных весовых нагрузок, а материал - стекло, ситалл или плавленый кварц с высокой степенью оптической однородности и минимумом напряжений (как это обычно бывает в закаленном или витринном стекле).

Диагональное зеркало

Отбрасывает свет отраженный главным зеркалом вбок, позволяя рассматривать фокальную плоскость без помех падающему свету. Зеркало плоское (точность плоскости не менее 1/4 длины волны), имеет в идеале эллиптичный периметр отражающей поверхности и скошенные под 45 градусов нерабочую цилиндрическую поверхность. Требования к материалу столь же жесткие как и у главного зеркала. На рынке аксессуаров есть предложения с 95% зеркальным и даже 99% диэлектрическим многослойным слоем отражения, а обычный алюминиевый зеркальный слой отражает порядка 88% (и даже меньше при наличие защиты кварцем).
Размер зеркала снизу ограничен диаметром осевого пучка в точке излома оси и возможно меньшим виньетированием внеосевых пучков, а сверху требованиями минимизации экранирования (при малой оси "диагоналки" 30% от апертуры контраст изображения падает также как от сферической аберрации в 1/4 дл. волны).

Как диагональное, так и главное зеркало имеют наружное зеркальное покрытие (обычно алюминиевое с защитой кварцем или монооксидом кремния) весьма чувствительное к механическим воздействиям. Оно требует особенно бережного обращения и предохранения от царапин при чистке и мойке (недопустимо никакое механическое воздействия вроде протирания тряпочкой и т.п.). Самый мелкие и незаметные царапинки на зеркальном слое быстро приводят к уменьшению контраста изображения и потере проницания.

Оправа главного зеркала

Обеспечивает относительную (с точностью до тепловых зазоров порядка 0.5 мм на сторону) неподвижность главного зеркала по отношению к другим узлам. Лапки (реже приклеивание) предохраняют зеркало от выпадения из оправы. Зеркало обычно укладывается в оправу на три опоры в вершинах равностороннего треугольника (диаметр окружности проходящей через опоры равен 0.4 диаметра зеркала) или на специальную рычажную систему весовой разгрузки на 6, 9 и более опор. Оправа зеркала должна иметь возможность менять свое положение (обычно ограничиваются небольшими наклонами) при помощи так называемых юстировочных винтов относительно трубы телескопа или неподвижной базовой части оправы для обеспечения точной юстировки Ньютона.

Система охлаждения главного зеркала

Это или пассивная система, когда тыльная сторона зеркала максимально открыта наружному воздуху для того, чтобы как можно быстрее привести зеркало в температурное равновесие с окружающей средой, или активная вентиляция наружной и тыльной поверхности зеркала при помощи вентиляторов (обычно используются вентиляторы охлаждения системных блоков/процессоров компьютеров).

Оправа вторичного зеркала

Оправа диагонального зеркала Ньютона обеспечивает, с одной стороны, точное и постоянное во времени положение диагонального зеркала относительно других элементов схемы (окуляра и главного зеркала), а с другой - возможность небольших изменения угла наклона, угла поворота вокруг оси трубы и смещения вдоль ее для коллимации телескопа в процессе грубой юстировки.

"Паук" или растяжки

Обычно четырехлучевая схема подвески узла вторичного (диагонального) зеркала в трубе телескопа. Должна обеспечивать надежное фиксирование диагонального зеркала и возможность его центрировки относительно оси трубы. Иногда встречаются трехлучевые "пауки" (в отличие от четырехлучевых приводят к появлению шести дифракционных лучей вокруг изображения каждой яркой звезды). Еще более экзотичны теперь "одноногое" крепление вторичного зеркала и крепление на искривленных растяжках (последние уменьшают дифракционные лучи, до их полного исчезновения).

Фокусер

Предоставляет базу (обычно торец цилиндра и диаметр отверстия стандарта 1.25" или 2") для позиционирования и крепления окуляра с возможностью фокусировки (подгонки под зрение наблюдателя и совмещения фокальных плоскостей окуляра и главного зеркала). Обычно фокусер состоит из базы прикрепляемой к трубе (иногда с возможностью регулировки для выставления перпендикулярности, что важно при проведении фоторабот), механизма фокусировки и подвижной трубки фокусера (обычно она имеет возможность перемещаться перпендикулярно оси трубы поступательно, без прокручивания). Наибольшее распространение получили реечная конструкция и фокусер Крейфорда. В практике самостоятельного телескопостроения встречаются фокусеры из корпусов недорогих фотообъективов (типа Гелиос 44 и ему подобных).

Диафрагмы светозащиты

Обычно для уменьшения бликования все детали внутренности трубы (внутренняя поверхность трубы, детали узла диагонального зеркал, трубка фокусера, детали крепления главного зеркала, фаски зеркал,.. короче, все кроме оптических поверхностей ) должны быть тщательно зечернены (покрыты несколькими слоями матовой черной краски). А для еще большей гарантии от бликования (паразитной засветки посторонними источниками света) можно установить две-три светозащитные диафрагмы у главного зеркала и внутри трубки фокусера. Очень полезен также наглазник на окуляре и слежение за чистотой оптических поверхностей (включая хранение лицевыми поверхностями вниз, минимальную работу с оптикой в жилых, как правило, очень пыльных помещениях).

Прочие аксессуары

К трубе телескопа Ньютона обычно крепятся оптический или коллимационный искатель, система балансировки (довольно редко) для того, чтобы трубы была подвешена на монтироке в состоянии безразличного равновесия, площадка для крепления фотооборудования и гида (небольшого телескопа для ручного или автоматического слежения за фотографируемым объектом). Важно иметь крышки, герметично закрывающие фокусер, передний и задний обрез трубы для ее хранения и перевозки.

---

Назад к оглавлению статей

[Ernest]

Геометрия светозащитных диафрагм телескопа Ньютона

Меня часто спрашивают о том какого конкретно диаметра, и на каком расстоянии от главного зеркала следует устанавливать светозащитные диафрагмы в трубе Ньютона.

Диафрагмы у главного зеркала

Параметры диафрагм у главного зеркала определить нетрудно, см. приведенный ниже рисунок.

Newton.PNG (8.84 КБ) 22134 просмотра

Диаметр отверстия в диафрагме равен апертуре главного зеркала D (именно - чистый диаметр зеркала, без кромки фаски и проч.). Расстояние первой диафрагмы от главного зеркала L можно прикинуть по формуле:
L = 2*f'*(Do-D)/(2*Do+Y'-D)
где
f', мм - фокусное расстояние главного зеркала;
Do, мм - внутренний диаметр трубы;
D, мм - апертура зеркала;
Y', мм - диаметр поля зрения (можно взять 45 мм для 2" фокусировщика и 27 мм для 1.25")

К примеру для 8" 1:5 Ньютона с внутренним диаметром трубы 240 мм и 2" фокусером: L = 2*5*200*(240-200)/(2*240+45-200) = 246 мм (диаметр диафрагмы 200 мм).

Обычно одной диафрагмы хватает. Но при большом вторичном зеркале, малом зазоре Do-D и L<Do можно установить и вторую диафрагму того-же диаметра еще дальше от главного зеркала на расстоянии от первой L' или L' + L от главного зеркала:
L' = L*(f-L)/f
если L' + L все еще меньше Do, то можно установить еще дальше и третью на расстоянии L" от второй или L" + L' + L - от главного зеркала:
L" = L*(f-L-L')/f
и так далее...

Диафрагма в идеале должна иметь идеально ровную линию внутреннего отверстия (как лезвие бритвы!!!) и иметь хорошее матовое чернение поверхности обращенной к переднему обрезу трубы.

Параметры светозащитной диафрагмы на дальнем торце трубки фокусировщика

Очень полезна (тем полезней, чем больше увеличение отличается от равнозрачкового) бывает установить светозащитную диафрагму на входном торце подвижной трубки фокусировщика. Это способствует кардинальному уменьшению яркости фона.

focuser_blend.PNG (9.66 КБ) 21850 просмотров

Базовый диаметр отверстия в светозащитной диафрагме установленной на дальнем конце подвижной трубки фокусера равен L/k, где L - расстояние от передней фокальной плоскости окуляра до этой диафрагмы, его можно сосчитать как разность длины подвижной трубки фокусера и параметра парфокальности окуляра (+ высота переходника 2"->1.25", если он используется), k - фокальное число (относительное фокусное расстояние, например, для Ньютона 1:5 k = 5).

К этому базовому диаметру надо добавить диаметр полевой диафрагмы самого длиннофокусного окуляра, который будет использоваться совместно с этой диафрагмой (диаметр полевой диафрагмы окуляра равен произведению его фокусного расстояния f' на угловое поле зрения (2w' в градусах) деленного на 57.3: D = f'*2w'/57.3).

Имеет смысл изготовить эту диафрагму съемной (в виде затычки с отверстием) с диаметром отверстия под разные по входному полю зрения окуляры: например, одна для короткофокусных с небольшим диаметром поля зрения, другая для среднефокусных. Эффект от применения такой диафрагмы более заметен при использовании короткофокусных окуляров.

[Ernest]

Одна схема компактной тепловой стабилизации Ньютона

В чем проблемы тепловой стабилизации оптики Ньютона?

• массивное главное зеркало - отличный аккумулятор тепла, оно нагревается при хранении в теплом помещении или просто днем и медленно отдает свое тепло охлаждаясь во время наблюдения (как правило (1) на улице и (2) ночью - два фактора играющие за падение температуры);
• зеркало охлаждается в основном (особенно интенсивно в начале наблюдений при еще большой разнице температур с воздухом) конвективным образом - нагревая прилегающие к нему слои воздуха. Охлаждение излучением затруднено ввиду того, что оно расположено внутри трубы, выполняющей роль защитной бленды;
• нагретый воздух особенно сильно концентрируется у рабочей поверхности главного зеркала, потом, благодаря тому, что теплый воздух легче холодного, языки теплого воздуха поднимаются по трубе Ньютона вверх (она работает подобно печной трубе);
• теплый воздух имеет показатель преломления меньший, чем холодный и пузыри теплого воздуха поднимающиеся вдоль трубы играют роль хаотично расположенных рассеивающих линз, которые сильно портят качество волнового фронта- изображения звезд распухают обзаводятся медленно меняющимся по форме ярким ореолом, разрешение катастрофически падает;
• возмущение показателя преломления воздуха наиболее сильно у самой поверхности зеркала;
• по мере потери главным зеркалом запасенного тепла, конвекционные процессы у его поверхности и в трубе уменьшаются и появляется шанс реализовать потенциальные возможности оптики трубы,.. только к этому времени труба Ньютона уже сильно переохлаждена и начинает играть роль сильного "холодильника" охлаждающего примыкающие воздушные слои, что также приводит к возбуждению конвективных слоев, только уже ниспадающих, холодных.

Пример решения описанных проблем

Установка на заднем торце трубы вытяжки - герметичной крышки с отсасывающим(и) вентилятором (вентиляторами) - не даст теплому воздуху нагреваемому зеркалом подниматься по трубе, он засасывается в щель между зеркалом с его оправой и стенками трубы и выбрасывается наружу. Движение воздуха в трубе идет противоположно естественному - сверху (от переднего открытого обреза) вниз. Наружный воздух более однороден по температуре и меньше рассеивает свет. Другой маленький вспомогательный вентилятор находится в тени от центрального экранирования и обдувает рабочую фронтальную поверхность главного зеркала, ускоряя удаление с него языков теплого воздуха - отодвигая нагретый воздух в сторону периметра зеркала, где он засасывается вытяжкой на заднем торце трубы и выбрасываться наружу. Основная потребляемая мощность у вентилятора вытяжки, фронтальный вентилятор может иметь на порядок меньшую мощность. Напряжение на фронтальный вентилятор подается через тонкие растяжки (типа струн), которые должны идти параллельно растяжкам диагонального зеркала, чтобы не создавать дополнительные лучи вокруг изображений звезд. Важно подобрать вентиляторы с минимальной вибрацией на рабочих оборотах.

newton-term.PNG (14.05 КБ) 22070 просмотров

Альтернатива фронтальному вентилятору (его закрепление перед главным зеркалом может вызвать затруднения, он мешает юстировке) - установка нескольких вентиляторов, которые дуют вдоль поверхности главного зеркала, сдувая "пограничный" теплый слой (что кроме улучшения качества изображения ускоряет охлаждение главного зеркала).

[Ernest]

Часто при обсуждениях тех или иных особенностей конструкции своих телескопов владельцы Ньютонов вынуждены "на пальцах" описывать те или иные его размеры. Обычно это понятно обеим сторонам и читателям, но иногда возникают недоразумения. Для того, чтобы их избегнуть я предлагаю для ссылок использовать следующий список кардинальных размеров трубы по схеме Ньютона (см. чертеж):

• Lt - полная длина трубы от переднего до заднего фланца
• L12 - расстояние между зеркалами по оси трубы
• Fb - расстояние от оси фокусера до заднего края (фланца) трубы
• Ff - расстояние от оси фокусера до переднего края (фланца) трубы (Lt = Fb + Ff)
• Mb - расстояние от лицевой поверхности главного зеркала до заднего края (фланца) трубы (L12 = Fb-Mb или Lt = Ff+L12+Mb)
• Mr - расстояние от лицевой поверхности главного зеркала до тыльной поверхности его оправы
• Mn - расстояние от лицевой поверхности главного зеркала до отверстий под крепления его оправы к трубе
• G - промежуток между тыльной поверхностью главного зеркала и подвижной частью его оправы
• Tm - толщина главного зеркала
• Sf - расстояние от точек крепления паука до переднего края (фланца) трубы
• L - величина излома оптической оси для выноса фокуса из трубы (сумма L12 + L равна фокусному расстоянию главного зеркала)
• d - диаметр тени диагонального зеркала (малая ось или ширина эллипса его лицевой части)
• d' - длинная ось или длина эллипса диагонального зеркала (обычно равна 1.41*d)
• O - офсет (смещение) геометрического центра лицевой поверхности эллипса диагонального зеркала с оси трубы и фокусера (от точки пересечения осей фокусера и трубы до центра лицевой поверхности диагонального зеркала от фокусера и в сторону главного зеркала)
• Db - размер клеевого "пятачка" которым крепится диагональное зеркало к его оправе
• Dm - диаметр "блина" главного зеркала
• Da - апертура, световой диаметр главного зеркала (только отражающая часть без фаски)
• Di - внутренний диаметр трубы телескопа
• De - наружный диаметр трубы телескопа
• Yb - радиус опор главного зеркала (расстояние от оси трубы до опоры)
• Ya - радиус расположения юстировочных винтов (расстояние от оси трубы до юстировочного винта)
• F' - положение фокуса главного зеркала с учетом излома
• H+ - высота от наружной поверхности трубы до торца трубки фокусировщика при максимальном ее выносе
• H- - высота от наружной поверхности трубы до торца трубки фокусировщика при минимальном ее выносе
• Ha - высота адаптера 2"-1.25" (то, насколько он отодвигает окуляр по сравнению с посадкой без него)

[Ernest]

...подскажите ещё пожалуйста, орошается диагональное зеркало какой наиболее простой способ борьбы с этим? Как его утеплить или бленду как то поставить? Продаются ещё грелки на вторичку, но они греют стакан, а не диагональное зеркало, которое от стакана отделяет что то типа двустороннего скотча, будет ли такая грелка эффективна? Чем народ пользуется в основном в борьбе с росой ? Если бленду то что за застёжки придумать и как крепить её на телескоп?

Я обхожусь пассивным утеплением диагонали, точнее ее оправы. Оправа должна быть укутана пенополиэтиленом или пенополипропиленом так чтобы изолировать все ее части (кроме растяжек) от вида ночного неба. Единственно что нужно следить - чтобы не (слишком) увеличить при этом экранирование (диаметр тени от диагонали на главном зеркале). Вспененный полиэтилен (полипропилен) в листах, рулонах и в виде труб продается как теплоизоляционный материал в строительных магазинах. Выбирайте черный и потоньше. Есть фольгированный (с фольгой на одной из сторон) - он немного эффективнее. Некоторые покупают туристические коврики (обычно они сделаны из вспененного полипропилена) и кроят уже из них.

Если этого будет недостаточно, имеет смысл в дополнение к изоляции узла вторичного зеркала из этого-же материала сделать съемную бленду, чтобы удлинить передний обрез телескопа. Это хорошо также и для защиты входной апертуры от теплого дыхания наблюдателя. Удлинение примерно на диаметр апертуры достаточно эффективная мера. Такая съемная бленда это просто прямоугольный кусок изоляции с "застежками" из липучки.

Ну а если все равно вода ручьем течет или иней досаждает, то придется перейти к активным мерам - крепить на узел диагонального зеркала электрическую грелку небольшой (2-3 Вт) мощности. Выбирать надо такую, которая подкладывается под тыльную поверхность диагонали (требует перенаклейки зеркала).