Кассегрен 235 F/40: За и Против

[INPan]

Обращаюсь за помощью  прежде всего к профессионалам и опытным телескопостоителям.
Можно ли сделать из параболического зеркала 235мм F/6 серьёзный Кассегрен с малым ЦЭ для планетной астрофотографии?
Я тут в ATMOS-е смоделировал схему, получилось следующее:
- главное зеркало - парабола D=235мм, F=1410мм, отверстие в середине D=24мм для крепления диагонали (система Несмита);
- диаметр вторичного гиперболического зеркала 38мм, радиус кривизны ближайшей сферы 470мм;
- расстояние между зеркалами 1210мм;
- эквивалентное фокусное расстояние системы 9467мм
- относительное отверстие 1/40,46
- угловой диаметр поля зрения 0,2 градуса:
- Линейный диаметр поля зрения 33мм.
Ни когда не делал Кассегрены, но техническая интуиция подсказывает, что недостатки будут следующие:
- очень высокая чувствительность к разъюстировке при изменении температуры и смещении зеркал из-за прогибов;
- расфокусировка при малейшем изменении температуры воздуха;
- при визуальных наблюдениях можно будет использовать только длиннофокусные окуляры, а может быть и вообще нельзя будет наблюдать при таком (F/40) относительном отверстии.
Достоинства:
- возможность разместить матрицу для съёмки планет непосредственно в главном фокусе без всяких окуляров и Барлоу, диск Сатурна, например получается диаметром 0,9мм, а Юпитер почти 2,5мм;
- ...
Ну вот пожалуй и все достоинства. А что, разве этого мало?

Что скажете? Стоит затевать? Или сделатьпросто хороший классический Ньютон 235 F/6?

[Iskandar]

Игорь, мне кажется, смысла особого в том, чтобы добиваться такого относительного отверстия нет:
Во-первых, ты, изначально сильно уменьшаешь угол зрения, удлиняешь трубу, что затрудняет юстировку.
Кроме того, сильно возрастают требования к точности изготовления гиперболического зеркала.
То, что ты получаешь центральное экранирование всего 0,16, особого выигрыша в контрасте не даёт - вспомни тему, в которой обсуждался этот вопрос.
Оптимальным, в данном случае, на мой взгляд было бы взять вторичку диаметром около 60 мм, тогда экранирование будет 0,24, эквивалентное фокусное расстояние (при выносе 250 мм) - F/23, расстояние между зеркалами уменьшится до 1070 мм (хотя и это много - но, поскольку задано такое относительное отверстие главного зеркала, сильно его уменьшить не удастся).
А проблему дальнейшего увеличения эквивалентного фокусного расстояния легко решает ЛБ. Даже двухкратная даёт возможность получать F/50 - F/70...

[INPan]

Спасибо, Саша!

Кроме того, сильно возрастают требования к точности изготовления гиперболического зеркала.

Об этом я не подумал.
Буду думать. Наверное сделаю со сменными головами. Ньютон - Касегрен.

[VD]

Спасибо, Саша!

Кроме того, сильно возрастают требования к точности изготовления гиперболического зеркала.

Об этом я не подумал.
Буду думать. Наверное сделаю со сменными головами. Ньютон - Касегрен.

Это в корне(!) не верно!  В пределе вторичное зеркало может быть просто сферой!  Правда надо прикинуть какое относительное отверстие при этом будет.  В S&T  было описание подобного кассегрена с очень малым вторичным зеркалом, которым служила поверхность выпуклой сферической линзы.  Это и был планетный телескоп.

Точность одна и таже нужна.  На меньшем зеркале градиент асферики выше,  но сама асферика меньше.

Увеличение контраста при изменении ц.э. от 0.26  до 0.16 визуально будет заметно.  При вэбкаминге - не уверен.  Скорее, что нет.
Однако, если телескоп F/40 сделан правильно,  он будет работать лучше всяких линз барлоу в более светосильных телескопах.  В них (линзах Б.) тоже может быть своя собственная сферическая аберрация и всегда есть небольшая хроматическая.  Все складывается, все аберрации и влияния экранирования.
Если задумали делать "ультра" телескоп - так и делайте.  Усилия должны окупиться.  Всякая специализированная вещь работает лучше универсальной - давно известная истина.

Так что вперед!  Только найдите квалифицированного человека, кто сделает такую вторичку.  Почитайте ту статью в S&T - понятнее будет что к чему.   


VD

[VD]

Буду думать. Наверное сделаю со сменными головами. Ньютон - Касегрен.

Не стоит делать универсальный.  Намаетесь!  Сделайте одну конфигурацию,  но вылежете ее по полной.  Толку больше будет и легче будет.

VD

[Iskandar]

Согласен с Валерием - насчёт требований к точности вторички написал, а потом сам прикинул, что ляпнул, не совсем подумавши.

И сменную голову тоже не советую! В своё время мы с Димой Маколкиным прикидывали возможность изготовления Кассегрена с таким же главным зеркалом (была у меня такая идея), с переходом к Ньютону,  и пришли к выводу о нецелесообразности такой конструкции.

[Ernest]

Проблемы будут не сточностью изготовления вторички, а с точностью ее установки на место и стабильностью ее положения (то есть сохранения юстировки). Проблемы растут примерно пропорционально квадрату увеличения вторичного зеркала.

Теперь по недостаткам и наоборот

система Несмита

Третье неубираемое зеркало добавит головной боли при юстировке, а она в этой схеме может оказаться довольно частой процедурой.

очень высокая чувствительность к разъюстировке при изменении температуры и смещении зеркал из-за прогибов

Точно. Трубу придется делать максимальной возможной жесткости, хорошо продумывать узлы и схемы юстировки всех трех зеркал.

расфокусировка при малейшем изменении температуры воздуха

При фотографировании - обязательно.

при визуальных наблюдениях можно будет использовать только длиннофокусные окуляры

Еще один момент - вся грязь и пыль на окулярах будет видна как под микроскопом (из-за чрезвычайной узости пучков).

возможность разместить матрицу для съёмки планет непосредственно в главном фокусе без всяких окуляров и Барлоу

Не так ух они и мешают, скорее дают некоторую свободу маневру при выборе масштаба. Размер пиксела цифровых приемников меняется быстрее чем происходит смена астрономических инструментов. Так что впадая в крайность со сверхбольшим относительным фокусом как бы не пришлость побегать потом в поисках компрессоров фокуса.

Короче - сомнительное предприятие.

Но возможно такие и движут прогресс.

[Mihail Sedyh]

Я уже немножко обсуждал с Игорем этот вопрос... У меня в числе прочего были сомнения по поводу возможности изготовления нормальных диафрагм при относительно маленькой вторичке и большом расстоянии между зеркалами.
Кто-нибудь может высказаться по этому поводу?

[Ernest]

Вы имеете ввиду светозащитные бленды?
Это сугубо техническая проблема - вопрос соотношения размера незасвеченного поля и превышения реального экранирования над расчетным.

[bibliograf]

 В Пулковской обсерватории работает т.н. Лунно-Планетный телескоп - Кассагрен с зеркалом 600мм и относительным
отверстием F/70. Очевидно, телескоп с такой маленькой светосилой был  признан целесообразным  для наблюдения
ярких объектов в большом масштабе в условиях сильной засветки от близкого большого города.
Зато Луну и Солнце с длиннофокусным телескопом можно наблюдать воообще без окуляра - на белом экране или
матовом стекле!

[Ernest]

Каким образом 1:70 спасает от засветки большого города?

[INPan]

В пределе вторичное зеркало может быть просто сферой!  Правда надо прикинуть какое относительное отверстие при этом будет.  В S&T  было описание подобного кассегрена с очень малым вторичным зеркалом, которым служила поверхность выпуклой сферической линзы.  Это и был планетный телескоп.

Очень интересно! Где бы достать этот S&T.

Увеличение контраста при изменении ц.э. от 0.26  до 0.16 визуально будет заметно.  При вэбкаминге - не уверен.  Скорее, что нет.

Это будет сказываться на контрасте мелких деталей? Правильно понимаю?
А при цифровой обработке видеоматериала действительно контраст деталей довольно легко вытягиавется практически из ничего.

Однако, если телескоп F/40 сделан правильно,  он будет работать лучше всяких линз барлоу в более светосильных телескопах.  В них (линзах Б.) тоже может быть своя собственная сферическая аберрация и всегда есть небольшая хроматическая.  Все складывается, все аберрации и влияния экранирования.

Вот на то и вся надежда! При полном отсутствии хроматической и сферической аберрации изображение в пределах поля диаметром  12' практически идеальное. Я прогонял эту схему в ATMOS-е, комы там тоже нет. Не просто нет, а НЕТ! А сферическую аберрацию от ЛБ я уже видел на своём новом телескопе.

Почитайте ту статью в S&T - понятнее будет что к чему.   

Было бы интересно почитать, да только она ведь на английском, а я кроме русского владею только военным.

[Iskandar]

Было бы интересно почитать, да только она ведь на английском, а я кроме русского владею только военным.

Игорь, если удастся заполучить статью - пересылай мне, я переведу на военный - самому интересно...

[INPan]

И сменную голову тоже не советую! В своё время мы с Димой Маколкиным прикидывали возможность изготовления Кассегрена с таким же главным зеркалом (была у меня такая идея), с переходом к Ньютону,  и пришли к выводу о нецелесообразности такой конструкции.

Сменная голова - это не для универсальности.
Стратегия такая: при создании такой непроверенной конструкции обязательно должен быть шаг к отступлению.
- Стой! Кто идёт?!
- Уже ни кто-о-о, ни куда-а-а не идё-о-от.
Так вот переделка в Ньютон - это и есть тот самый шаг.

[Iskandar]

Так вот переделка в Ньютон - это и есть тот самый шаг.

Ага, значит - перемётывание из стана планетчиков в дипскайщики...

[sikoruk]

INPan:
<<…интуиция подсказывает, что недостатки будут следующие:
- очень высокая чувствительность к разъюстировке при изменении температуры и смещении зеркал из-за прогибов;
- расфокусировка при малейшем изменении температуры воздуха;
- при визуальных наблюдениях можно будет использовать только длиннофокусные окуляры, а может быть и вообще нельзя будет наблюдать при таком (F/40) относительном отверстии.
Достоинства:
- возможность разместить матрицу для съёмки планет непосредственно в главном фокусе без всяких окуляров и Барлоу, диск Сатурна, например получается диаметром 0,9мм, а Юпитер почти 2,5мм;>>

Игорь, в 1968 г. я построил 150/960/3600 рефлектор Ньютона-Кассегрена-Нэсмита. В величине кассегреновского фокусного расстояния не совсем уверен – дело было давно. Этот телескоп изображен на рис. 110 в «Телескопах для любителей…» (2 издание). Рефлектор в несмитовском фокусе давал очень хорошие изображения. Диагональное и вторичное зеркала устанавливались на одном и том же основании. Их замена была неудобной, т.к. при каждой смене приходилось зеркала юстировать заново. (Поэтому в другом 160-мм телескопе, построенном в клубе Максутова в начале 80-х годов А.Н. Болтневым, вторичное зеркало на стойке перекидывалось из нерабочего положения в рабочее. Это намного удобнее, чем старом варианте.)
Относительное фокусное расстояние моего телескопа 1/А= 24 (или около того) было не удобным. Для прямого фотографирования в этом фокусе на фотопленку масштаб был недостаточным. Возможности оптической системы не раскрывались полностью. Приходилось прибегать к линзе Барлоу или окулярному микроскопу.
По этим двум причинам я отказался от кассегреновского фокуса в пользу линзы Барлоу.
Но сейчас с приходом цифровой техники имеет прямой смысл вернуться к этой хорошо зарекомендовавшей себя на протяжении последнего столетия идее. Относительно отверстие моего 150-мм рефлектора 1/24 оптимально для ПЗС-матриц. Средний размер пикселя чувствительных матриц составляет обычно 6-10 мкм. Для определенности примем 10 мкм (0,01 мм). Если учесть, что одноматричные камеры требуют дифракционного пятна размером 3-4 пикселя, то при радиусе дифракционного пятна для длины волны 0,00056 мм относительное фокусное расстояние должно быть примерно 22-29. Для диаметра Вашего 235-мм зеркала фокусное расстояния будет лежать в пределах 5 – 7 метров. Делать фокусное расстояние больше этого нет никакого смысла. Кроме падения освещенности в фокальной поверхности, Вы получите большую асферичность вторичного зеркала и несколько большую чувствительность системы к разъюстировке. Наконец, уход фокуса при перепадах температуры из-за большого увеличения на вторичном зеркале будет больше. К тому же возрастают требования к точности установки вторичного зеркала.

В этом проекте интуиция кое в чем Вас обманула. Во-первых, хотя чувствительность к разъюстировке у «кассегрена» и выше чем у «ньютонов», все таки сама юстировка никаких особы трудностей не составит.
Что касается окуляров, то при относительном фокусном расстоянии 24 Вы будете обходиться без линзы Барлоу, а равнозрачковые увеличения получите в ньютоновом фокусе.
Не пугайтесь диагонального нэсмитовского зеркала. На практике никаких проблем с ним нет. Это самая непритязательная и надежная часть схемы.

Bibliograf:
<<В Пулковской обсерватории работает т.н. Лунно-Планетный телескоп - Кассагрен с зеркалом 600мм и относительным
отверстием F/70. Очевидно, телескоп с такой маленькой светосилой был  признан целесообразным  для наблюдения
ярких объектов в большом масштабе в условиях сильной засветки от близкого большого города.>>

Относительное отверстие 1/70 выбрано по другим соображениям. Оно оптимально для фотографической эмульсии с кружком рассеяния около 30 мкм. При большем относительном отверстии дифракционный кружок меньше кружка рассеяния эмульсии, при меньшем падает светосила.

Что касается сферического вторичного зеркала, то для стигматизма на оси понадобится элиптическое главное зеркало. Это система Долла-Керкема-Максутова.

Ваш  Л. Сикорук.

[INPan]

Проблемы будут не сточностью изготовления вторички, а с точностью ее установки на место и стабильностью ее положения (то есть сохранения юстировки). Проблемы растут примерно пропорционально квадрату увеличения вторичного зеркала.

Я это и предполагал.  
В моей системе увеличение вторички получается около 7х. Разве это много? Какое же тогда увеличение у классических Кассегренов?

Третье неубираемое зеркало добавит головной боли при юстировке, а она в этой схеме может оказаться довольно частой процедурой.

Да, с диагоналкой проблем будет достаточно.  Но к сожалению другого выхода нет! Отверстие в главном зеркале всего 24 мм.
В моём воспалённом мозгу созрел уже проект Гравицапы-3, в котором учтены все недостатки предыдущей версии, установленной на 150-ку. Её конструкция позволит избежать выпиливания в трубе всяких там лючков для юстировки диагоналки.

Трубу придется делать максимальной возможной жесткости, хорошо продумывать узлы и схемы юстировки всех трех зеркал.

А какие Вы можете посоветовать варианты конструкции трубы? По видимому придётся применять какие-нибудь особые материалы с низким коэффициентом температурного расширения или вводить механизм термокомпенсации.

Еще один момент - вся грязь и пыль на окулярах будет видна как под микроскопом (из-за чрезвычайной узости пучков).

А можно ли от этого как-то избавиться? Ну например применением окуляров, свободных от этой проблемы (не от пыли конечно ).

возможность разместить матрицу для съёмки планет непосредственно в главном фокусе без всяких окуляров и Барлоу

Не так ух они и мешают, скорее дают некоторую свободу маневру при выборе масштаба. Размер пиксела цифровых приемников меняется быстрее чем происходит смена астрономических инструментов. Так что впадая в крайность со сверхбольшим относительным фокусом как бы не пришлость побегать потом в поисках компрессоров фокуса.

Да, и об этом стоит подумать!

Короче - сомнительное предприятие.
Но возможно такие и движут прогресс.

Стало быть стоит рискнуть? Тем более, что маршрут отступления тоже предусмотрен.

[INPan]

Спасибо, Леонид Леонидович за столь развёрнутый и убедительный анализ!
Стало быть будем укорачивать фокус. Вот сейчас прокрутил в ATMOS-е другой вариант:
- эквивалентное фокусное расстояние 6054,7 мм;
- диаметр вторички 50 мм;
- радиус кривизны ближайшей сферы вторички 730 мм;
- расстояние между компонентами 1130 мм;
- линейный даметр поля зрения 21 мм;
- угловой диаметр поля зрения 12'.
- ЦЭ 21%
Дифракционная картина на всём поле зрения по прежнему идеальна! Наблюдается её легкая асимметрия на краю поля зрения.
По-моему идеальный планетник!

[INPan]

ЦЭ слегка возрастёт за счёт юбки на вторичке.
Интересно на сколько? Надо прикинуть.

Леонид Леонидович, а при откидывании вторички на стойке юстировка сохраняется? Ведь откидывается именно кассегреновская вторичка, я правильно понял?

[bibliograf]

Л.Л. Сикорук
Относительное отверстие 1/70 выбрано по другим соображениям. Оно оптимально для фотографической эмульсии с кружком рассеяния около 30 мкм. При большем относительном отверстии дифракционный кружок меньше кружка рассеяния эмульсии, при меньшем падает светосила.

При таком большом эквивалентном фокусном растоянии диаметр кружка рассеяния - почти 0.1мм. Этот телескоп превоначально
предназначался для экспериментов с ЭОПами и телевизионными передающими трубками - а у них разрешение было несколько
десятков линий на мм, в лучшем случае. Сейчас этот инструмент работает в более светосильном варианте - с Fэкв  20000 мм.