В теме
https://astronomy.ru/forum/index/php/topic,112189.0.html рассказано о крупнейшем любительском телескопе диаметром 1.8 метра.По предлагаемой здесь схеме можно построить телескоп крупнее.И,в отличие от американского,это будет не муляж,а реальный мощнейший фотографический телескоп.
С большим интересом прочитал классическую книгу Д.Д.Максутова "Астрономическая оптика".В главе "Апланатические системы из двух неплоских зеркал" он в общем виде рассматривает двухзеркальные системы (фото 1) с исправленными сферической аберрацией и комой.В отличие от классических систем Кассегрена и Грегори,являющихся анастигматами,апланаты более интересны для астрономии.Максутов делает интересный вывод-в апланатическом телескопе главное зеркало может иметь поверхность формы любого конического сечения,но только не параболоида.
Известные предфокальные системы Шварцшильда-Куде и Ричи-Кретьена являются лишь частными случаями.Максутов предложил зафокальные апланатические системы.На графике (фото 2) показан эксцентриситет зеркал (главного и вторичного) в зависимости от конструктивных параметров Альфа и Бета.На графике мы видим два частных случая.Точка N -вторичное зеркало сферической формы.Но это не известная система Долла-Киркхэма,а апланат с гиперболоидальным главным зеркалом.
Для нас очень интересна точка M. Это случай зафокальной укорачивающей системы с главным зеркалом СФЕРИЧЕСКОЙ формы и вторичным-вогнутым эллипсоидом.ОСНОВНАЯ ИДЕЯ-сделать главное зеркало составным из нескольких сферических сегментов.Это,мне кажется,единственная возможность изготовить в любительских условиях телескоп с синтезированной апертурой.Асферические зеркала изготовить нереально,ведь нужно ориентировать каждый сегмент по всем шести степеням свободы.В случае же сферического зеркала достаточно продольного перемещения и небольшого поворота каждого сегмента.Каждый сегмент юстируется тремя подпружиненнными винтами,как в обычном телескопе.Это,конечно,самый спорный вопрос во всём проекте,но он заслуживает детального исследования.
Вторичное зеркало,вогнутый эллипсоид,легко изготовить и контролировать.Установив источник света в одном фокусе,а нож в другом,добиваемся плоского теневого рельефа (нуль-тест).
Приёмник излучения находится внутри трубы (наподобие камеры Шмидта).Для визуальных наблюдений схема не подходит,хотя,наверное,можно как-то применить плоское зеркало,как в построенном Максутовым телескопе (D=400 мм,1:3.2)(фото 3).Для устранения тепловых помех ПЗС желательно закрыть теплоизолированным кожухом с отводом тепла наружу трубы.
Можно пробовать реализовать любую апланатическую систему,в которой главное зеркало сферическое.Я нашёл три таких варианта.Во-первых,описанная выше двухзеркальная зафокальная укорачивающая система.Во-вторых,описанный Максутовым "Менисковый Росс"(фото 4).Перед фокусом сферического зеркала устанавливается мениск в сходящихся пучках.В-третьих,похожая по схеме система Чуриловского,только в ней перед фокусом устанавливается двухлинзовый корректор.Мне больше нравится первый вариант.
Ранее один знакомый рассчитывал такую систему.Он писал мне,что аберрации исправлены прекрасно,но великовато вторичное зеркало.
Рассмотрим конструкцию,технологию и юстировку главного сегментированного зеркала.Части зеркала можно расположить любым образом.Если зеркало сделано из N одинаковых круглых сегментов диаметром d ,то эффективный диаметр всего зеркала D определяется умножением на корень из N: D=d*sqrtN. Например,3*3=9 сегментов диаметром 400 мм,или 4*4=16 сегментов диаметром 300 мм- и то,и то эквивалентно 1.2-метровому телескопу.
Наверное,наиболее рационально расположить сегменты в виде "цветка" из шести сегментов,как на фото 5,с отсутствующим центральным сегментом.На фото совсем другая конструкция телескопа,просто иллюстрируется вид главного зеркала.Такая конструкция позволяет почти или совсем устранить экранирование вторичным зеркалом. Более того,приёмник излучения проецируется на отсутствующий сегмент и тоже не экранирует (по крайней мере,в апертурных лучах).Предел мечтаний-зеркало из 36 сегментов (фото 6)! Берём сегменты диаметром 350 мм,это эквивалентно 210-сантиметровому телескопу,и мы превзойдём упомянутый в начале телескоп.Но,впрочем,это мечты.
Зеркала делаем из одинаковых круглых заготовок.Шлифуем одним шлифовальником все заготовки понемногу поочерёдно.Этим добиваемся одинакового радиуса кривизны.Полируем аналогично.Зеркала и теневой прибор фиксируем в одном положении.Добиваемся плоского теневого рельефа и получаем строго одинаковые зеркала.
Оценим требуемую точность положения сегментов.Поразительно,но и это можно найти в книге Д.Д.Максутова! По формуле (69) и в таблице 27 (фото 7) показан допустимый продольный астигматизм вследствие деформации волнового фронта,или допустимая дефокусировка.Эти данные применимы и для нас.Для критерия Лямбда/4 допустимая погрешность продольного расположения сегментов показана в таблице (фото 7).Например,для относительного отверстия 1:3.5 допустимая погрешность 14 мкм,для 1:5 28 мкм.Можно несколько ослабить критерий,тогда допустимая погрешность взаимного положения зеркал составит 0.02-0.04 мм.Величина малая,но достижимая.
Варианты юстировки главного зеркала-
Во-первых,просто тремя подпружиненными винтами на каждом сегменте.На двойном фокусном расстоянии устанавливаем теневой прибор и добиваемся единой плоской теневой картины.
Во-вторых,можно применить камеру,показывающую теневой рельеф.
В-третьих,можно установить шаговые двигатели на каждый винт.Это уже что-то наподобие активной оптики с актюаторами.
В-четвёртых,можно использовать лазерный интерферометр.На крупном телескопе рассматриваемого типа теневой прибор или интерферометр можно стационарно установить на юстировочной башне.
Итак,строительство гигантского телескопа должно состоять из трёх этапов:
1)изготовление небольшого телескопа для проверки реализуемости самой идеи о сегментированном сферическом зеркале.Например,зеркало из трёх 250-мм сферических сегментов эквивалентно вполне приличному диаметру 433 мм.
2)изготовление среднего по диаметру телескопа,например, 6 сегментов по 350 мм эквивалентно зеркалу 857 мм,или 6*400=980 мм-весьма солидно по любительским меркам,при этом легко изготавливается.На этом телескопе отрабатываем всё-юстировку главного зеркала,конструкцию и управление монтировкой,обработку получаемых снимков.
3)третий этап-здесь,в соответствии с названием темы,начинаются мечты,которые ограничены только фантазией конструктора и финансовыми возможностями.Даже в любительских условиях реально сделать телескоп диаметром до 2 метров! Государственные организации по этой схеме могут сделать нечто большее.Например,зеркало из 36 сегментов (фото 6) диаметром всего-то 500 мм- эквивалентно телескопу диаметром 3 метра- второму по величине в России!
Догоним и перегоним Америку! А если в Америке это прочитают и реализуют,я тоже не против.
