У меня обозначилась вот какая проблема.
Есть довольно неслабое зеркальце D 280 мм F 1250 мм, что составляет примерно 4.5 по относительному фокусу. Но беда в том, что оно сферическое. Вроде как, замышлялось оно для какой-то менисковой системы, но ко мне оно попало без соответствующего комплекта. Точной проверки формы поверхности я пока не делал, но по некоторым соображениям (например, что толщина стекла составляет всего лишь 18 мм - примерно 1:16 по отношению к диаметру) от него не стоит ожидать какого-то особого супер-качества, ну вроде там 1/6-1/8 лямбды. Даже если применить сложную многоточечную разгрузку, то не совсем понятно, как его можно было бы изготовить с очень высокой точностью, если оно такое тонкое. Ну да ладно. Досталось мне оно почти даром, а дарёному коню...
Так вот, задача теперь состоит в том, чтобы как-нибудь убрать (или хотя бы уменьшить) сферическую аберрацию. Я понимаю, что дифракционного качества тут достичь будет довольно тяжело, но этого не особо-то и надо. Вполне достаточно было бы того, если бы телескоп с этим зеркалом более-менее сносно работал бы при минимальном полезном увеличении (ну, скажем, 50-60Х), а разрешение при этом уложилось бы в полторы-две секунды (кружок рассеяния диаметром 15-25мкм, что соответствует ширпотребовским нормам для фотографической оптики). Сколько это составляет лямбд, я не подсчитывал, но при таких точностях, я полагаю, более уместно пользоваться формулами и понятиями чисто геометрической оптики. До дифракции тут ещё далековато. Но даже при таких требованиях из него мог бы выйти неплохой диповик-кометоискатель. Для такого диаметра он имел бы очень даже неплохой вес, небольшие габариты, короче говоря, транспортабельность. А достичь дифракционного качества, всё равно, не даст атмосфера. Ведь по идее, теоретическое разрешение такого телескопа должно было бы составлять 0.5", но такое качество атмосферы - это большая редкость даже высоко в горах. А разрешение 2" при увеличении 50Х смотрится уже достаточно неплохо. А там ещё кома по полю, астигматизм и всё такое. Снявши голову, по волоскам не плачут.
Но по моим прикидочным подсчётам, сферическая аберрация при таком относительном фокусе будет примерно вдвое-втрое больше, чем хотелось бы мне даже с такими скромными требованиями к точности. Если требовать настоящего дифракционного качества (например, 1/6 лямбды по фронту), то это зеркало имеет отклонения примерно в 10 раз больше допустимой величины, но я понимаю, что требовать такой степени компенсации здесь было бы просто нереально. Если бы как-то удалось подавить эту сферичку хотя бы вдвое-втрое (или сферичку подавить совсем, внеся при этом хроматизм и прочие аберрации более высоких порядков, которые все вместе будут хотя бы вдвое меньше, чем эта сферичка), то я был бы доволен. Конечно, если удастся уменьшить кружок рассеяния втрое-вчетверо, то будет ещё лучше, но вдвое - тоже, вполне достаточно. Система - предположительно, Ньютона, хотя подходящей диагоналки у меня пока нет. Но если не предъявлять слишком высоких требований к диагоналке (ограничиться такими же требованиями, как и к главному зеркалу), то у меня валяется какое-то прямоугольное плоское зеркальце с малой стороной 55 мм. Оно выломано из какого-то оптического прибора, там наружное напыление, но точность поверхности мне неизвестна, хотя, невооружённым глазом в косых лучах никаких неровностей не заметно, Это несколько обнадёживает, но для настоящего дифракционного качества оно было бы слишком тонковато - примерно 5 мм толщины. Я полагаю, что в паре с таким главным зеркалом оно будет в самый раз. Короче говоря, оба этих зеркала друг друга стоят. Я думаю, что нет смысла искать диагоналку, которая обойдётся дороже самого главного зеркала. И вообще, не хотелось бы тратить на всё это слишком много денег. Если все расходы на постройку этого телескопа будут превышать 100$, то я не вижу никакого смысла им заниматься.
Варианты решения проблемы:
Сразу отвергаю идею переполировки этого зеркала в настоящую параболу, а так же изготовления мениска или корректора Шмидта. Если бы я стал заказывать параболу диаметром 280 мм, то выбрал бы заготовку потолще: если уж делать, так делать... Мениски и прочие полноапертурные корректоры обошлись бы ещё дороже.
1: Линзовый компенсатор вблизи фокуса. Он ставится либо в окулярной трубке (не дальше чем 100 мм от фокуса, диаметром до 30-45 мм), либо перед диагоналкой (в 200-300 мм от фокуса, диаметром 60-70 мм). Можно рассмотреть вариант из двух компонентов (один на диагоналке, другой в окулярной трубке, с расстоянием между ними около 200 мм).
2. Механически нагрузить зеркало таким образом, чтобы сфера превратилась в параболу. Для этого нужно по краю разгрузить на увеличенное количество точек (интересно, а 12 точек для этого хватит? если нет, то тогда на 24 точки с трёхъярусной системой коромысел), а за центр (т.е. практически за одну точку) - наоборот, как следует оттянуть назад. Сила оттяжки регулируется, и подбирается таким образом, чтобы деформированная сфера стала ближе к параболе. По моим предварительным подсчётам, для этого потребуется усилие примерно в 20 раз больше веса зеркала (примерно 54-60 кг). Разумеется, и фокусное расстояние при этом тоже уменьшится на несколько мм, но это не принципиально важно. Усилие оттяжки должно быть регулируемое. Испытание и регулировка силы оттяжки - по внефокальным изображениям звёзд на большом увеличении или на коллиматоре. Небольшая толщина стекла, из которого сделано это зеркало, способствует его большей упругости и деформируемости. Прикидочный расчёт показывает, что при таком нагружении будет довольно сильно провален центр, но всё равно, эта зона загораживается диагоналкой. Можно надеяться, что требуемая сила (до 60 кг) будет ещё не столь велика, чтобы это зеркало сразу же треснуло. Возможно, что для надёжного закрепления оттяжки придётся просверлить в центре зеркала маленькое отверстие 6-8 мм в диаметре, и пропустить там болт. Или приклеить на хороший "пятак" (диаметром примерно 50 мм) каким-нибудь прочным клеем (эпоксидка, Proxol, Гермесил и т.п.). Можно надеяться, что грубые деформации, которые возникнут вследствие этого высверливания от освободившихся внутренних напряжений стекла, от разницы температурных коэффициентов расширения и т.п. не распространятся дальше центральной зоны 1/4 D (т.е. круга диаметром 60-70 мм), которая будет загорожена диагоналкой. Я понимаю, что точной параболы таким образом сделать не получится, но если удастся придать зеркалу форму в 2-3 раза (а в 4 - совсем хорошо, а в 6-8 - лучше некуда) ближе к параболе чем исходная сфера, то моя задача может считаться решённой.
3. Оставить всё как есть, задиафрагмировать зеркало с 280 до 200 - 220 мм, и при минимальном полезном увеличении (которое составит около 40Х) качество изображения должно оказаться удовлетворительным. У Л.Л. Сикорука в его книжке есть аналогичная рекомендация по поводу самодельной камеры Шмидта без коррекционной пластинки. Во всяком случае, при диафрагмировании до 150 мм при F=1250 мм, если кроме сферической аберрации у зеркала никаких грубых дефектов нет, то качество изображения должно приблизиться к дифракционному. Но 150 мм по сравнению с 280 - это маловато будет, а для дипская при минимальном увеличении сойдёт и такая аберрация, которая тут получается при D=200-220 мм. При увеличении 40Х её будет ещё не так заметно. Хотя, конечно, уменьшать площадь зеркала аж почти вдвое - это не самый лучший вариант.
Из всех этих вариантов наиболее привлекательным мне представляется линзовый компенсатор вблизи фокуса (вариант 1). Он не требует уродовать зеркало, подвергать его опасности разрушения, и от него всегда можно сделать откат.
Тонкий линзовый компенсатор такого типа, вроде бы, обязательно должен дать сильную кому, но многокомпонентный (или, по крайней мере, достаточно толстый) компенсатор может даже исправить существующую кому, присущую сфере и параболе. В частности, такая компенсация применяется в системах Аргунова и Клевцова. Вроде бы, сферическое зеркало с подобным компенсатором установлено на новосибирском телескопе ТАЛ-120 и некоторых зарубежных Ньютонах. Давится ли там кроме сферы ещё и кома, я не знаю. Но если тамошние инженеры выбрали такое решение, как сферическое зеркало с предфокальным компенсатором, то наверное, в этом есть смысл. И даже экономическая целесообразность при массовом производстве. Для них сфера с компенсатором, выходит, даже проще параболы.
Так вот, у меня такая просьба к опытным товарищам (может быть, Дмитрий Маколкин откликнется?). Как бы прикинуть такую схемку для линзового компенсатора, чтобы её можно было бы достаточно просто реализовать? Если её стоимость будет выходить за пределы 30-40 (ну, ладно, пусть 50) уёв, то я выберу что-нибудь другое (например, вариант 2 - механическое нагружение). Для того чтобы она оказалась достаточно дешёвой, я полагаю, ориентироваться надо на существующие компоненты, чтобы не надо было заказывать у профи нечто уникальное и дорогостоящее, а уж тем более, асферику.
Предположительно, варианты тут могут быть такие.
а) взять готовый компенсатор, например, от ТАЛ-120. Он, вроде бы, ахроматический (склейка), хорошо просветлён (зелёный отлив на всех поверхностях) и предназначен специально для этого. Но рассчитан он на другой фокус (примерно вдвое меньше). А нельзя ли его приспособить под моё зеркало, если расположить на другом расстоянии от фокуса? Пусть компенсация будет не такой полной, но для моих целей - авось, сойдёт?
б) подобрать два мениска, например, очковых стекла, которые имеют оптические силы противоположные по знаку и равные по величине. Марки стекла там, скорее всего, будут одинаковы, и суммарная рефракция (а, стало быть, и хроматизм) близки к нулю. Но их можно по-разному ориентировать, можно пошевелить расстоянием между ними, короче говоря, попробовать так или сяк, но как-то обеспечить хотя бы частичную компенсацию сферической аберрации при удовлетворительном хроматизме. Ну, а если там всё будет полный ништяк, то можно будет заказать просветлить эти стёкла, и всё такое (наверное, это тоже стоит некоторых денег).
Конечно, я мог бы прямо сейчас взять первые попавшиеся стёкла, и сразу начать экспериментировать с ними сам. Но если даже их под рукой пока нет, и нужно где-то что-то искать, заказывать, покупать, то неплохо было бы хотя бы ориентировочно знать, на что, собственно, ориентироваться при таком поиске? Если, к примеру, брать очковые стёкла, то какой оптической силы? Покупать ради таких экспериментов несколько десятков разных стёкол мне не хотелось бы. Стоят они порядка стольника за штуку, и лучше сразу брать именно то, что даёт основания надеяться на результат. Радиусы, толщины и т.п. можно измерить только после покупки, да и то, у меня нет такого инструмента для измерений. К сожалению, расчётных программ (вроде ZEMAX или OSLO) у меня нет, и работать с ними я не умею, а демо-версии, которые валяются в Сети, мало что дают для меня. Ну, так что, может быть, кто-нибудь подскажет чего? Или кто уже делал нечто подобное? Вдруг, у кого-нибудь где-то завалялась готовая схема такого компенсатора (а ещё, чтобы он давил кому...)? Или кто-то приспосабливал компенсатор от ТАЛ-120 под своё зеркало другого фокуса?
Заранее благодарен за все полезные рекомендации и дельные советы.
