© ATM Bulgaria

Projects

Newton 150mm
Classical Cassegrain 310mm
Schmidt-Cassegrain 200mm
Corrected Dall-Kirkham 400mm
Flat Mirrors
Mirror Testing
Vacuum Techniques
Optical Tube Assembly
Miscellaneous

Телескоп система Шмид-Касегрен (SCT) 200мм f/10

Идеята за този проект дойде закономерно след завършването на нашия Класически Касегрен. Катадиоптричните системи се отличават с ред предимства - по-голяма свобода за компенсиране на аберации, компактен размер на телескопа и затворена тръба. Недостатъците са големите трудности в изработката и изследването на такива сложни системи. Това е причината, поради която са малко популярни сред любителите телескопостроители. Липсата на подробни технически ръководства за построяването на такъв телескоп също беше предизвикателство пред нас.

Оптичен дизайн на SCT


Тръбчатото свредло и изрязаните стъкла


Еталона, изпъкналото огледало и техните полировалници


Ронкиграма на готовото вдлъбнато сферично контролно стъкло


Прогреса при полиране на изпъкналото огледало


Резачите на вторичното огледало и отвора на главното с центриращата шайба


Полировалникът с фасетирана повърхност


Финалната ронкиграма на главното огледало








Многострадалните плосък и формован със звезда полировалници


Примерна звезда за формоване на полировалника на пластината


Пластината с вакумните си държачи върху машината за шлайфане и полиране







Съществуват няколко оптични варианти. Първоначално се спряхме на SCT компактен дизайн, особено популярен сред любителите астрономи благодарение на фирми като Celestrone и Meade. При този вариант пластината на Шмид е разположена между главното огледало и фокуса му, което позволява удобно закрепване на вторичното огледало за задната и повърхност. Това спестява нуждата от "паяк" за поддържане на вторичното огледало. При тази конфигурация обикновено главното огледало е сферично f/2. Вторичното изпъкнало огледало също може да бъде сферично, както е в повечето комерсиални модели. Това облекчава доста фигуризирането и изследването му, но при система с две сферични огледала комата остава некомпенсирана, което рязко влошава качеството на изображението по периферията на зрителното поле. Компенсирането на комата може да стане с асферизиране на едното или на двете огледала. Най-практично е да се асферизира само вторичното огледало.Тази асферизация е доста по-малка в сравнение с изпъкналото огледало на класическия Касегрен. Например в нашите проекти при SCT е 0,78, а при Класическия Касегрен е 2,99. Освен компенсация на комата асферизирането на вторичното огледало води и до частична компенсация на сферичната аберация на системата. Обикновено това е около 20%. Останалите 80% се компенсират от корекционната пластина, което до известна степен облекчава фигуризирането и. Все пак, поради малките размери на вторичното огледало асферизацията му не е лесна задача. Освен това за компенсиране на астигматизма при компактния дизайн е необходимо да се асферизира и главното огледало. Това допълнително усложнява изпълнението и е оправдано само за по-големи апертури. Затова в крайна сметка се спряхме на некомпактния дизайн , при който пластината се разполага близко до центъра на кривината (2f). Това позволява корекция на сферичната аберация, на комата и астигматизма без нужда от асферизация на огледалата. Практиката показва, че е много по-лесно да се направят прецизни сферични огледала отколкото асферични. Система със сферични огледала е много по-толерантна и към неточности в юстирането или колимирането. Недостатъците на некомпактния дизайн са по-голямата дължина - при нас 52см срещу 32см и нуждата от паяк. Очевидно е, че могат да се пренебрегнат за сметка на корекция на комата и астигматизма без нужда от асферизация.

Работен алгоритъм

При създаването и изследването на компонентите на тази система е необходима определена последователност. SCT включва четири оптични повърхности: Наличието на четири повърхности създава трудности при изследването им както поотделно така и като система. Логично е да се започне с повърхностите, които не изискват асферизация, а именно главното и вторичното огледало. (Ако вторичното огледало е асферично, то не може да бъде изследвано със звезден тест в сглобена система както направихме при Класическия Касегрен, тъй като само по себе си не компенсира сферичната аберация. Ето защо трябва да се фигуризира самостоятелно). Корекционната пластина може да бъде асферизирана едва при готови огледала в сглобена система като се използува автоколимация и звезден тест за контрол. Автоколимационният тест изисква помощно плоско огледало с размери поне 200мм (колкото е апертурата) или евентуално течно огледало. В нашия случай предприехме следната стратегия: Както се вижда този работен алгоритъм изисква направата на още две помощни оптични повърхности, а именно 200мм плоско огледало и контролно вдлъбнато сферично огледало като общия им брой става шест !

Вторично изпъкнало огледало

Главно огледало

Главното огледало се изработи от стъклен диск от флоатно стъкло с дебелина 19мм. Грубото вкопаване се осъществи с ъглошлайф с диамантена шайба, като стъклото се въртеше върху планшайбата на машината за шлайфане и полиране, а повърхността му се поливаше с вода. Причината за тази интервенция е доста голямата стрелка на огледалото - 6,2 мм. Разбира се вкопаването се извърши до около 5мм, тъй като точноста е много малка. Това отне около 20 мин. Продължи се със шлайфане на ръка със стоманения шлифовалник и прах F60, като за около 2 часа се достигна нужната стойност на стрелката на кривина. По нататъшното шлайфане машината направи сама по обичайния начин. Целият процес отне още около 10ч. След нанасяне и оформяне на смолата започна полирането. След 30 мин вече беше възможно да се изследва формата с теста на Ронки. Установи се сравнително добра сферична форма с лек завал. Полирането продължи с къс диаметрален щтрих 1/4-1/5 D и облекчаване на периферията на полировалника, чрез леко разширение на канавките. След около 25-30ч се достигна нужната форма и гладкост на повърхнината.

Като цяло изработката на това огледало не предложи особени изненади, предвид голямата му светлосила и стрелка на кривината. Не се наложиха други корекции на формата на полировалника или полиране "на ръка".

За ускоряване на полирането се приложи микрофасетиране на смолата. Това стана чрез поставяне на фина мрежа (в нашия случай марля или парче противокомарна мрежа) между огледалото и полировалника. Чрез леко затопляне и притискане с тежест за около 15 минути се постига нужния ефект. Повърхността се фасетира на малки квадратчета и е грапава на допир.

Това позволява по-добро моделиране на полировалника и значително ускорява полирането. Тази техника се прилага преди всеки сеанс на полиране като ефектът постепенно намалява след 2-3 ч работа. Полировалника се "отполира" като става по-гладък и блестящ и скоростта на полиране постепенно пада. През цялото време огледалото бе в позиция върху полировалника с допълнителна тежест около 1кг. Изследването стана по метода на Ронки.

Корекционна пластина на Шмид

Това е най-интересната и трудна част на този телескоп. За изготвянето и е нужна плоскопаралелна пластина с висока точност на повърхнините. За целта се изрязаха няколко диска от флоатно стъкло с дебелина 5мм и диаметър 205мм. Стъклата се залепиха с леплив восък в пакет и така се шлайфаха с манфлекс и диамантена шайба върху машината за шлайфане и полиране до уеднаквяване на размерите им. След това се разлепиха и се направиха фаски с помощта на диамантена пила.

На този етап възникна въпроса как да се обработват повърхнините, дали да се шлайфат и от кой номер абразив или пък да се започне направо с полиране. Ясно е, че повърхнините са далеч от оптична плоскост, но тъй като са две, изискват много работа особено ако се започне с шлайфане и след това се полира. От друга страна няма гаранция, че само с полиране може да се достигне нужната форма. Неясно е и колко време ще отнеме. Отговорите на тези въпроси дойдоха с два прости теста: Изненадващо, но и тези два теста показаха много прилична форма на пластината. Разбира се установиха се локални деформации (видими от приложените снимки). Оценката им доведе до идеята да се започне директно с полиране и да се избегне шлайфането. От един от дисковете се направи полировалник с идеята масата му да е близка до тази на пластината. Това е нужно, тъй като се налага честа смяна на местата им с цел да се постигне плоска повърхност. На машината се използува държача на главното огледало с лека модификация. Фиксиращите ъгълници се остраниха и вместо тях се поставиха гумени вендузи. Внимателното изследване не показа локални деформации причинени от вакуума на вендузите.

Целта на първоначалното полиране е да се постигне плоскопаралелна повърхност за последващото асферизиране. Полирането стана на машината с периодична смяна на положението на полировалника и пластината. Тук също се приложи микрофасетиране на смолата. Приложи се минимална тежест около 100гр.

Техника на асферизация

Съществуват няколко методики. На първо място е оригиналната техника на Шмид, който използува вакуум за предварителна деформация на пластината. За целта се изработва специална купообразна метална форма, върху която се поставя плоскопаралелната пластина, така че се опира само в своята периферия. Създава се вакуум под пластината, който я деформира в определена степен и след това тя се шлайфа и полира като сферично огледало с леко изпъкнал шлифовалник. След освобождаване от вакуума пластината заема своята асферична форма. Този метод не се препоръчва при главно огледало по-светлосилно от f/2,5, тъй като е нужен по-голям вакуум и има риск за счупване на пластината. Вариация на този метод е мастер-блок техниката , патентована от Celestron . Отново се създава вакуум под заготовката, но тя е поставена върху негативно копие на Шмид пластината предварително изработено и тествано интерферометрично по оригинална Шмид пластина. Заготовката заема формата на мастер-блока и се шлайфа и полира като плоско огледало. Методът е особено подходящ за масово производство.

В нашия проект приложихме класическия подход за асферизация, използуван и при огледалата на Класическия Касегрен, а именно чрез подходящо оформени полировалници. Полировалникът се оформи посредством специална звезда с начертани по определен начин лъчи или листа. Тук възникнаха няколко въпроса: Практиката показа, че за оптимално фигуризиране са нужни 4 листа с широчина определена от ъгъл ф>45 градуса. Освен това двустранното асферизиране е по-лесно, защото позволява по-плавен преход в зоните, тъй като асферизацията се разпределя на две повърхности. Недостатък се явява трудното центриране на двете повърхности и от там по-високия риск от астигматизъм.

Асферизирането само с полиране е напълно осъществим, но доста трудоемък процес. Това се дължи на факта, че трябва да се отнеме много по-голямо количество стъкло при асферизацията на пластината в сравнение с асферизацията на огледалата. Самото фигуризиране може да се ускори по няколко начина: Всичко това ускорява осезаемо процеса, но създава условия за възникване на зонални и дори локални грешки. Лесно се достига до завал, който се отстранява несравнимо по-трудно отколкото при огледалата. По-голямата тежест (няколо кг) в комбинация с къс щрих (4-5мм) предизвиква ефекта на грамофонната плоча - концентрични зонални грешки, които силно нарушават плавността на повърхността, макар че сравнително бързо водят да нужната асферизация. За справяне с този проблем е удачно да се удължи щриха до 1/4 D, център през център или дори повече.

Наличието на завал доста утежнява задачата. Едно от решенията е да се продължи асферизацията до хипер корекция, докато се достигне нивото на завал и след това да се направи опит за "подравняване". Лечението на хиперкорекцията се осъществява с обикновен полировалник без звезда.

Изследване на коректора

Преминаването от едната към другата повърхност става само ако сме сигурни, че формата на първата е плавна. В противен случай зоналните грешки на двете повърхности ще се насложат, което ще затрудни неимоверно тълкуването на ронкиграмите. За избягване на конфузни грешки е добре едната повърхност да се маркира, например с лента тиксо или перманентен маркер. При съмнения за това на коя повърхност се намира определена зонална грешка може да се прибегне до рефлекционен тест чрез сферичното огледало, който както се спомена по-горе дава възможност за изследване на двете повърхности поотделно. Рефракционния тест със сферичното огледало може да даде информация за плавността на пластината като цяло.

Временна механична конструкция за изследване и тестване на системата

Липсата на прецизен оптичен стенд и необходимността от точно позициониране и колимиране на оптичните компоненти за изследването им чрез автоколимация доведе до идеята за една проста, но ефикасна модулна конструкция. Модулите представляват еднакви по диаметър рингове, всеки от които е пригоден да носи съответния оптичен компонент. Ринговете се изработват лесно от дебел водоустойчив шперплат, като за целта се използува ръчна дърводелска фреза. Хванати в пакет с помощта на винтове, ринговете се калибрират на струг. Докато са в пакет се пробиват 4 съосни отвора. През тях се прокарват стоманени шпилки и се фиксират с гайки и шайби. Тази фиксация позволява изключително лесно коригиране на дистанциите, както и на наклоните.

В нашият случай са нужни 4 ринга - за главното огледало, за вторичното с неговия паяк, за коректора и последно за автоколимационното плоско огледало. Плоското огледало за автоколимация разполагаме на около 15 см пред пластината с оглед за по-удобно манипулиране с последната, тъй като се налага честото и снемане и поставяне при фигуризацията. Пластината, главното и плоското огледала се фиксират с помощта на тънки ламаринени лапички, свързани с винтове. В техните рингове са фрезовани ложета, които подпомагат допълнително центрирането и фиксирането им.

Изводи:

Галерия: Модулна рингова конструкция за автоколимация на системата. Отляво на дясно се виждат плоското огледало, пластината, вторичното и главното огледало. Отстрани е второто главно огледало. Тестовата конструкция е монтирана върху добсън установка за по-удобно осъществяване на звезден тест. Вижда се и конструкцията на паяка и държача на вторичното огледало.