Воскресенье, 06 февраля 2022 08:00

DIY телескоп. Часть 1

F64043SIDA2JWG3

Недавно мы рассказывали об основных направлениях любительской астрономии. Сегодня хотелось бы уделить больше внимания оптическим приборам и рассказать о самом востребованном проекте среди новичков – рефлекторном телескопе.

Можно выделить две задачи, стоящие перед создателем такого телескопа:

– изготовление основного зеркала;

– изготовление трубы и монтаж всей конструкции.

Данная статья посвящена решению первой задачи. Работа с оптикой – это самая трудоёмкая, и в то же время самая интересная часть телескопостроения.

Хорошее зеркало позволит разглядеть кольца Сатурна, атмосферу Марса, структуры галактик и многое другое, в то время как зеркало низкого качества даст лишь размытые очертания космических объектов.

Зеркало телескопа требует исключительной точности. Опыт показывает, что сделанная вручную оптика при соблюдении рекомендаций, как правило, имеет более высокое качество поверхности, чем зеркала, отполированные на промышленных станках. Это одна из причин, по которой лучше изготовить зеркало самостоятельно, нежели купить. А другая причина: в бесценных знаниях и навыках, которые вы приобретаете, создавая свой оптический инструмент.

 

Список необходимых материалов и инструментов:

– стеклянная заготовка (круглый толстый диск диаметром 8 дюймов/203 мм – стандарт для телескопического зеркала);

– абразивные порошки для шлифовки и полировки. Здесь используется три вида абразивов различной зернистости: карбид кремния, оксид алюминия и оксид церия;

– смола;

– стоматологический гипс;

– керамическая плитка;

– эпоксидный клей;

– решётка Ронки (устройство, напоминающее окуляр, но вместо линзы имеет светофильтр с очень тонкими линиями).

F28FTWXIDED2PKR

Рис. 1 Абразивные порошки

Шаг 1: грубая шлифовка
Первое, что нужно сделать – придать форму будущему зеркалу, одна из его поверхностей должна стать вогнутой. Делается это методом шлифовки.
Суть заключается в том, чтобы удалить часть стекла, используя материал с более высокой твердостью. Для этой задачи лучше всего подходит порошок карбида кремния. Чтобы абразив был эффективным, его нужно тереть о стекло с большим давлением. Поэтому нам нужен специальный инструмент, примерно того же размера и веса, что и стекло.
Раньше строители телескопов просто использовали другую стеклянную заготовку, менее качественную. Сейчас с этой задачей хорошо справляется гипсовый диск, обклеенный керамической плиткой.
Чтобы сделать такой диск, накройте стекло полиэтиленовой плёнкой, оберните картонным цилиндром и залейте внутрь гипс, как на рисунках 2, 3 и 4.

FKH5JZWIDA2JWG7

Рис. 2

FM6R0RYIDA2JWGB

Рис. 3

FLQOU6EIDA2JWGC

Рис. 4

Затем возьмите плитку и аккуратно наклейте на поверхность диска с помощью эпоксидного клея. Должна получиться ровная мозаика, как на рисунке 6.

FQGSUNTIDA2JWGD

Рис. 5

F1SLWXAIDA2JWGL

Рис. 6

Настало время шлифовки. Положите на гипсовый диск мокрый порошок карбида кремния (крупной зернистости), а стекло расположите сверху так, чтобы его часть (40% диаметра) висела в воздухе. Такое расположение позволит сосредоточить воздействие шлифовки стекла в центре, а гипса – по краям. Таким образом, поверхность зеркала станет вогнутой, а поверхность гипсового инструмента – выпуклой.

chordal stroke

Рис. 7

Во время шлифовки не забывайте время от времени поворачивать стекло в руках на четверть диаметра, чтобы обработка поверхностей происходила равномерно.
После того как сферическая форма достигнута, наступает время для следующего этапа.

FXG28XTIDA2JWGX

Рис. 8. В процессе шлифовки абразив будет растекаться по кругу

Шаг 2: тонкая шлифовка
Этот этап имеет только одну цель: удалить царапины и неровности, оставшиеся после грубой шлифовки, сохранив при этом форму поверхности.
Обратите внимание, что сейчас зеркало располагается ровно над гипсовым диском.

normal stroke

Рис. 9

Для более тщательной обработки используйте абразивы различной зернистости. Большие неровности можно отметить маркером и шлифовать поверхность порошком с крупным зерном до тех пор, пока все они не исчезнут.

F6HY9GVIDA2JWHC

Рис. 10

Затем можно перейти на мелкий порошок оксида алюминия.
Когда вы заметите, что воздействие абразивов становится всё менее заметным для невооружённого глаза, смело переходите к следующему шагу.

Шаг 3: полировка
Цель полировки – удалить шероховатость, оставшуюся после тонкой шлифовки, и получить гладкую отражающую поверхность.

Мы переходим от механического шлифования (карбид кремния и оксид алюминия) к химическому (оксид церия). Движения остаются теми же, но на микроскопическом уровне есть разница. Вместо того, чтобы разрушать частички стекла, оксид церия будет действовать как «метла», устраняющая с поверхности невидимые элементы. Поэтому давление не влияет на скорость и качество полировки.

Мы меняем поверхность гипсового диска с керамической плитки на более мягкий материал – смолу. Её нужно растопить (рисунок 11) и налить поверх гипса, обернув его предварительно картонным цилиндром (рисунки 12 и 13).

FZM8F0KIDA2JWHZ

Рис. 11

FY9OE95IDA2JWHG

Рис. 12

FOAP1PVIDA2JWI0

Рис. 13

Когда круг смолы начнет застывать, придайте ему выпуклую форму с помощью ложки или лопатки. Затем нанесите мелкий порошок церия. Помимо полирующих свойств, церий предотвращает прилипание смолы к зеркалу во время шлифовки.

После затвердевания, на получившемся поле нужно прорезать канавки, как на рисунке 14. С этой задачей прекрасно справится перочинный нож, смоченный в воде.

F7Z3DW3IDA2JWI2

Рис. 14

Продолжаем полировать. Через пару часов зеркало начнет приобретать свои отражающие свойства, но нам понадобится еще несколько часов работы, чтобы убедиться в полном удалении шероховатости.

FJJICM3IDA2JWI4

Рис. 15

FF0MXXDIDA2JWIW

Рис. 16. При взгляде сбоку уже можно заметить отражения

Шаг 4: измерения
Этот этап, вероятно, самый трудный. Мы должны изменить нашу идеально сферическую поверхность на параболическую.

Здесь требуется немного математики: когда параллельные лучи света отражаются от сферической поверхности, они не фокусируются в одной точке (изображение в таком телескопе будет размытым). Параболоид имеет более глубокий центр и более плоские края, следовательно, лучи света фокусируются в самом его центре, формируя на выходе чёткое изображение.

e9d0da76314b83763c9a193e778b4771 i 9

Рис. 17

Разница между сфероидом и параболоидом очень мала и не может быть измерена невооруженным глазом. Чтобы контролировать форму зеркала, нам придется использовать специальные измерительные инструменты. Самый популярный – тест Ронки. Нужен только источник света, диффузор (рассеиватель света) и решётка Ронки.
Свет излучается, отражается от испытуемого зеркала и, проходя через решётку, попадает к наблюдателю. По расположению полос, можно сделать выводы о том, что именно нужно подкорректировать, чтобы добиться формы параболы.
Вот распространенные дефекты, наблюдаемые через решётку Ронки.

F43OG7KIDA2JWJ7

Рис. 18. Провал в центре (заметно по сильным искажениям линий в центре проекции)

F7IX4QCIDA2JWJA

Рис. 19. Плоский центр

FXTXIU4IDA2JWIZ

Рис. 20. Вытянутый сфероид (нужно сначала добиться идеальной сферической формы, а затем параболизировать)

Чтобы не повторять одну и ту же ошибку дважды, важно делать зарисовки фигур в блокноте. Таким образом, вы сможете связать определенный результат с желаемой коррекцией.

Стандартным шлифовальным движением является W-образный штрих. Он углубляет центр и края. Самой распространённой ошибкой является выход за пределы параболы. В этом случае получается гиперболоид, который можно исправить, лишь вернувшись к форме сферы и начав коррекцию заново.

Переход от сфероида к параболоиду может занять от нескольких часов до нескольких недель. Всё зависит от опыта и особенностей сфероида.

F067CABIDA2JWJB

Рис. 21. Вот так должен выглядеть параболоид

Шаг 5: нанесение отражающего покрытия
После нанесения специального слоя на стекло его отражающая способность увеличивается с 5% до 90-95%. Сейчас зеркала покрывают алюминием в специальной вакуумной среде.

Несмотря на то, что можно построить собственную вакуумную камеру и покрывать зеркала самостоятельно, обычно оно того не стоит (если, конечно, вы не планируете заниматься покрытием зеркал в промышленных масштабах).
Следовательно, алюминирование – это процесс, который разумнее всего доверить специалистам.

Но есть и второй способ нанесения отражающего покрытия, известный в народе как серебрение. Здесь вполне можно справиться своими силами, если углубиться в химию. Весь процесс  укладывается в несколько пунктов.
1) 1 грамм нитрата серебра и 1 грамм гидроксида натрия растворяются в воде (каждый в отдельной ёмкости), а затем смешиваются. Оксид серебра выпадает в чёрный осадок.
2) В полученный раствор добавляется аммиак в количестве, необходимом для полного растворения осадка, затем 4 грамма сахара. Всё перемешивается.
3) Стекло погружается в раствор, который в этот момент подогревается снизу. Важно не допускать закипания жидкости!
4) Если раствор окрасился в кремовый цвет, значит процесс серебрения успешно завершился.

F64043SIDA2JWG3

Рис. 22. Готовое зеркало

FHWWDAHIDA2JWG6

Рис. 23

Параболическое зеркало для телескопа готово! Осталось собрать трубу и смонтировать все компоненты вместе, чтобы получился полноценный инструмент для наблюдений за звёздами.

Но об этом мы расскажем в следующий раз.

А пока желаем вам успехов в покорении мира оптики! Уже захотелось собрать свой телескоп? Задавайте вопросы, делитесь полученными результатами с нами и ждите вторую часть инструкции на нашем сайте.

 

Опубликовано в Технологии

Благодаря использованию столь популярного сейчас тренда "радужных предметов" (нечто похожее на разводы бензина на мокром асфальте), последовательница таких выдающихся гуру итальянского дизайна, как Акилле Кастильоне и Вико Маджистретти, Патрисия Уркиола попала в самую точку, создав свою коллекцию мебели.

Опубликовано в Дизайн

Вы когда-нибудь мечтали о домашней медузе или таком экзотическом морском существе, чтобы все Ваши гости приходили в полный восторг? После просмотра работ настоящего мастера и художника Steffen Dam (Германия), вероятно, появятся подобные мысли.

Опубликовано в Арт
Вторник, 03 ноября 2015 19:00

Хрустальный чайный домик в Японии

Проект, который стартовал много лет назад всего лишь как маломасштабная конкурсная работа, был реализован в 2015 году и официально открылся в Киото (Япония). Дизайнер Токудзин Йосиока немного по-другому интерпретирует эстетику традиционных чайных домов Японии.

Опубликовано в Архитектура

Ссылки