Высокоэффективние системы термостабилизации телескопа.

[Vavanzer]

Начну с того, что тема создана для обсуждения альтернативных способов охлаждения оптики, по этому все разговоры о том что где-то у кого-то что-то крупное остывает и без обдува, или достаточно одного вентилятора и.т.п. здесь не обсуждается. 
 
 Задача - придумать жизнеспособную систему которая позволит термостабилизировать крупный телескоп до стабильной диф. картины за 10-15 минут, или даже за 5, а не за час-полтора. 
 Всякие советы типа хранить на улице, в неотапливаемом помещении, сдувать погран-слой и т.п. не принимаются. Все это проверенно и уже наигрался с этим вдоволь.

  Хочется поделиться идеями и обсудить что-то новое.

 !!!   Если кого-то полностью устраивают обычные способы и эта тема вызывает бурную реакцию, просьба не устраивать тут бестолковые баталии. Наслаждайтесь жизнью в других местах )))))

[Vavanzer]

Проблема давнишняя, и толком нормального решения до сих пор нигде не встречал (хотя может мельком в сети что-то и проскальзывало, но сейчас уже не вспомню). Когда сам столкнулся с тем что 203мм Мак может остывать чуть ли не бесконечно, не успевая за суточным изменением температуры, решил начать копать в этом направлении и делать практические шаги.
  Оказалось что существует два метода:  1-й - обдув зеркала вентиляторами воздухом извне,  или же его отсос с помощью их же или промышленных прибамбасов, вставляемых в окулярный узел. 2-й , более сложный - охлаждение с помощью элементов Пельтье , когда воздух дополнительно охлаждается с помощью этих элементов.

  На фоне существования других давно известных методов теплоотведения, применение только этих двух вариантов с самого начала казалось странным (пассивное охлаждение за счет сверления дополнительных отверстий не в счет)... Постоянные споры о погран-слое или о том сколько и куда ставить вентиляторы, большое время на термостабилизацию - как вообще жить так можно ))))

[Vavanzer]

  Чтобы увеличить возможности теплоотведения, в "обычной" технике применяют два способа - увеличивают площадь поверхности за счет развитого оребрения (пример - ДВС с воздушным охлаждением, и компрессоров) или установкой радиаторов (например процессоры в компьютере и др. нагревающиеся элементы электроники), с применением принудительного обдува.  И второй - отведение тепла за счет жидкости (вода, тосол, масло и др.).
  Естественно каждый раз пока ждешь того как зеркало остынет и выдаст адекватную картинку (а это занимает как правило час-два при выносе из теплого помещения),  задумываешься, как бы этот процесс ускорить.  Учитывая опыт других владельцев крупной (за 200мм) астротехники, обычный метод обдува вентиляторами тоже дает время около одного - полутора часов в холодное время.  И все больше лезет мысль применить либо дополнительные радиаторы, или сделать "водяное" охлаждение.

  Главная проблема в том, что стекло и алюминий имеют разные коэфициенты расширения , по этому радиатор ставить весьма проблематично,  а другие металлы (медь, латунь) еще и весят весят прилично...   С водяным охлаждением на первый взгляд дело обстоит попроще ,оно к тому же намного эффективнее, но там имеет место другая проблема...

[Vavanzer]

   Долго ломая голову над всем этим делом, все-таки нашел способ, который можно опробовать с большой вероятностью успеха. Было много идей на этот счет, как обойти разницу в коэфициентах расширения (о них позже). Но самый простой в реализации оказалась такая вот идея.  Возможно встречал что-то подобное несколько лет назад, бродя по сети, так что на авторство не претендую

 Раз большой кольцеобразный радиатор на все зеркало не поставишь, (да еще и где его взять?), можно обклеить обратную сторону более мелкими. Этих радиаторов всех мастей навалом в компьютерных мастерских. Для Мака или Ш-К лучше всего подойдут от чипов мат. плат или от видеокарт, на ньютоновское зеркало можно и от ЦП что-нибудь присмотреть.
 За счет мелких радиаторов частично решается проблема с разницей в коэфициентах расширения. А окончательно ее "добивает" крепление радиаторов с помощью герметика, который не замерзает зимой. На радиатор наносится термопаста, далее он прилепляется к зеркалу и двумя-тремя каплями герметика фиксируется. Получается, что алюминий "живет" отдельно от стекла, и контактирует с ним через термопасту.  Площадь теплоотводящей поверхности увеличивается в разы.
  Остается только грамотно организовать продув трубы, чтобы все это дело работало эффективно.

  До этого была другая идея. Радиатор по кругу обклеиватеся герметиком, а полость между ним заполняется тосолом. Но это не очень то удобно, ненадежно, и возможно то что радиатор полностью обклеен может повлиять на форму зеркала при понижении температуры. И в какой-то момент пришла мысль о точечном креплении и замене жидкости на термопасту.
  Способ с жидкостной прослойкой "вырос" из обычной водяной системы с помпой и выносным радиатором. В какой-то момент пришла мысль, а что если не гонять воду а установить радиатор (оставив водяную прослойку) прямо на зеркало и обдувать его сзади, а не гонять воду.

[Vavanzer]

Вот первая попытка воплотить в жизнь. В компьютерном магазине где продают б/у технику, за символическую плату купил радиаторы. Термопаста - старая добрая КПТ-8, тоже стоит копейки. Автогерметик только взял подороже, который не замерзает на холоде, и хорошо склеивается как с металлом, так и со стеклом.
 Намазал пасту на радиаторы, сделал насечки, налепил их на ГЗ. Пасту накладывал более щедро, чем к примеру на процессор (там вообще тончайшим слоем надо делать). Толщина на вскидку - 0.2-0.3мм.   Потом гвоздем нанес по капле герметика сбоков радиаторов. Вот что получилось.

 На фото ГЗ, снятое с оправы.

[Vavanzer]

 Осталось проверить результат!

 Вот вчерашний экспериментальный прототип. На стекло наклеил 2 радиатора разными видами герметика. Один - герметик прокладка для металла (красный),  другой - герметик для стекла, который идет для промазки уплотнителей.

 Даже на улице при -10 красный не терял свойства, был пластичным, "резиновым". А вот тот что для стекла - заметно задубел, но не до конца.  По этому решил экспериментировать с красным.

[Vavanzer]

  Теперь о водяной системе. Сначала хотел делать именно ее, так как казалось что она имеет ряд преимуществ - закрытая труба, вынесенный радиатор, большая теплоперегонная способность. Элементы для ее воплощения можно купить в любом компьютерном магазине - помпы, шланги, радиаторы. 
 Но помимо приличной стоимости (3-4т.р) , при изучении технических характеристик выяснилось, что помпы имеют энергопотребление 4-8 ватт, и часть тепла отдают в жидкость.  Этот момент и остановил.  Особенно после подсчета ,что чтобы охладить за час 200мм зеркало на 1 градус, нужно отводить тепло со скоростью  ~1 Дж в секунду, то есть 1Вт. То есть может оказаться что в какой-то момент работы системы помпа начнет действовать во вред прогрессу ))) , и не позволит достичь минимальной разницы, даже если ее установить до основного радиатора и снабдить своим, дополнительным радиатором.   Вопрос этот до конца не разрешен, и требует реальных экспериментов, или хотя-бы адекватных расчетов.
 Возможно "водянка" имеет смысл для больших зеркал, 30-40-50 см, где на фоне объемов тепла, заключенных в больших "болванках" стекла, вклад помп будет незаметным.  А может быть и в мелких тоже, радиатор справится и с теплом от зеркала и от помпы.

 Сложность в том, что задача - довести до разницы температур воздух/зеркало менее 2х градусов, в то время как в двигателе или компьютере +-1 градус не имеет никакого значения.

[Ба@ша]

Ну для начало нужно зеркало из ситалла.

[Vavanzer]

Ну для начало нужно зеркало из ситалла.

  Ну такая роскошь не всегда доступна, да и оптическую поверхность не перекинешь из одной болванки на другую.
  И хотите сказать что ситаловое зеркало на 300-500мм скопе будет всегда иметь 100% готовность? И при любом перепаде температур не будут сорваны наблюдения?

[ROVIAN]

Ну для начало нужно зеркало из ситалла.

  Ну такая роскошь не всегда доступна, да и оптическую поверхность не перекинешь из одной болванки на другую.
  И хотите сказать что ситаловое зеркало на 300-500мм скопе будет всегда иметь 100% готовность? И при любом перепаде температур не будут сорваны наблюдения?

Не 100% -ю, но в сравнении с тем , что стоит на вашей трубе, это небо и земля.

[Vavanzer]

Не 100% -ю, но в сравнении с тем , что стоит на вашей трубе, это небо и земля.

  Забейте на этот Мак уже. Впереди новые трубы, зеркала, и уменьшение диаметра не планируется.   И надо чтоб телескоп сразу был готов, а не тогда когда небо заволокет, или сон повалит с ног, или планета "под землю" уйдет...
  В любом случае, идея "копеешная" и легко выполнимая, увеличение площади контакта с воздухом только на пользу будет.

[Ба@ша]

Ну для начало нужно зеркало из ситалла.

  Ну такая роскошь не всегда доступна, да и оптическую поверхность не перекинешь из одной болванки на другую.
  И хотите сказать что ситаловое зеркало на 300-500мм скопе будет всегда иметь 100% готовность? И при любом перепаде температур не будут сорваны наблюдения?

Вадим Крушинский не жаловался на их 1,2 метра из ситалла. Картинка их устраивает, хотя скоп стоит в обычном павильоне без температурного регулирования. Ну на крайняк есть карбид кремния и бериллий.
Так что лучше присмотреться к материалам, а не городить огород с новыми невиданными системами охлаждения.

[Vavanzer]

Я бы сделал охлаждающий бокс для всего телескопа сразу.

  Если в течении ночи температура меняется, то бокс не спасет. А она меняется не по децки (у нас по крайней мере). Солнце зашло - сразу 5 градусов отбавляй... На сколько дальше будет меняться температура - неизвестно.
  Тоже подумывал о "термо-боксе", но перепады внесли свои коррективы. да и сложноват он в воплощении.
 

Так что лучше присмотреться к материалам, а не городить огород с новыми невиданными системами охлаждения.

  А если готовую трубу покупаешь? Каким волшебством там материал подменить?

 Кстати из чего зеркала в Селестроновских и Мидовских  Ш-К ?

...нашел,  там пирекс идет.

[Vavanzer]

  Самый лучший вариант системы с контактным радиатором видится как нарезанный по кускам (как торт) игольчатый радиатор, посаженный на термопасту и скрепленный точками герметиком.
 Равномерное покрытие максимальной площади сводит к минимуму зональные искажения, а "иглы" позволяют циркулировать воздуху во всех направлениях ,не зависимо от ориентации телескопа.

  У кассегренов прокатит покрытие почти всего ГЗ, кроме середины, у  ньютонов придется порывать середину, и часть площади оправа делает недоступной.

[Max_Kozlov]

На мой взгляд под ваше ТЗ - охлаждение скопа за 10-15 минут подойдет мобильный кондиционер. Делаете выдув холодного воздуха через трубу гофру и впихиваете внутрь трубы на 10 минут. Другие методы такого малого времени не дадут. Посчитайте тепло запасенное трубой и мощность теплоотвода получите время.4

[Vavanzer]

На мой взгляд под ваше ТЗ - охлаждение скопа за 10-15 минут подойдет мобильный кондиционер. Делаете выдув холодного воздуха через трубу гофру и впихиваете внутрь трубы на 10 минут. Другие методы такого малого времени не дадут. Посчитайте тепло запасенное трубой и мощность теплоотвода получите время.4

 Трубу не проблема охладить, а вот толстую стеклянную болванку - это уже другое дело.  тем более вторая задача состоит в том чтобы поддерживать минимальную дельту в течении всего время наблюдений.  Передаваемая мощность сильно падает, так как разница менее 5 градусов. Вот тут и должно помочь увеличение площади контакта с воздухом.

[Алексей Юдин]

А если готовую трубу покупаешь? Каким волшебством там материал подменить?

Готовая труба не катит - это и так очевидно! Хотя в ШК заменить ГЗ относительно несложно - сделать сферу, потом отретушировать её в сборе.

В целом же, как всегда, спортивные задачи требуют серьёзных денег!

Самый дешёвый вариант - холодильник, настроенный под прогноз, как на больших телескопах делают.

[Грехов Михаил]

Берём с собой много спирта, ацетона, чистого бензина или воды. Изготавливаем некие крепления под тряпочки, которые крепятся с обратной стороны ГЗ. Выливаем на них это дело, чтобы они были мокрыми. С вентилятором ГЗ как бы будет потеть и эффективно отдавать свое тепло.

Вариант-2 Берём с собой баллон сжатого сжиженного газа (метан, пропан-бутановая смесь) и прыскаем им на заднюю поверхность ГЗ. Газ, быстро испаряясь, эффективно охлаждает ГЗ.

Где-то засверлить ГЗ и предусмотреть наличие 3-4 термопар для контроля температуры.

А вообще задачу надо решать более прямо-уменьшение охлаждающейся массы. Значит ГЗ надо делать фрезерованным.

А ещё - качество изображения зависит не только от разности теператур ГЗ-окружающий воздух (которая будет всегда, как ни крути). Но и от наличия нагретого слоя воздуха около лицевой поверхности ГЗ. Именно его сдувание потоком сбоку  (даже если ГЗ ещё не термостабилизировано) и даёт улучшение изображения. Радиаторы могут быть поэтому лишние совсем. не в них дело.     

[ROVIAN]

Вариант-2 Берём с собой баллон сжатого сжиженного газа (метан, пропан-бутановая смесь) и прыскаем им на заднюю поверхность ГЗ. Газ, быстро испаряясь, эффективно охлаждает ГЗ.

И стоим спокойно в сторонке, ждём пока остынет, курим. 

[Ба@ша]

Кстати в случае вариантов резкого охлаждения газом лучше что бы зеркало тоже было ситалловым, а то еще можно трещину словить, при большом перепаде.