В некоторых случаях выгоднее вместо сплошного сечения взять отдельные стержни в самых напряженных поясах (правая колонка на рис. 44). Так, консоль превращается в кронштейн (рис. 44, а, б), а балка -- в плоскую ферму (рис. 44, в -- е). Консоль имеет растягиваемый верхний и сжимаемый нижний пояса, поэтому выгодно нижний пояс делать из достаточно толстого стержня, а верхний -- из тонкой трубы, называемой растяжкой или вантой.
Очень интересная система -- ферма. Она представляет собой комбинацию стержневых треугольников, построенных так, что одна из сторон треугольника служит основанием другого треугольника. При этом любые нагрузки, приложенный, в вершинах треугольников, вызывают в стержнях только растяжение или сжатие и никогда изгиб. Это позволяет применить значительно более тонкие стержни, чем в сплошных балках при той же жесткости. Нагружение стержня в середине его пролета в фермах нерационально и никогда не применяется.
Здесь нужно оговориться, что это относится только к случаю, когда стержни соединены между собой шарнирами, как, например, показано на рис. 44. На практике вместо шарниров часто применяют жесткое соединение стержней. В этом случае ферма работает несколько иначе, но в основном она остается фермой с ее основными свойствами.
На рис. 47 показаны различные случаи, когда разомкнутые конструкции выгодно заменить замкнутыми, а прямоугольники из стержней -- системой треугольников.
Рис. 47. "Разомкнутые" и "замкнутые" системы.
§ 43 НЕБЕСНАЯ СФЕРА И СИСТЕМЫ НЕБЕСНЫХ КООРДИНАТ
Прежде чем перейти к описанию монтировок телескопов, необходимо кратко рассказать о небесных координатах.
Небесная сфера -- воображаемая поверхность, не имеющая определенного радиуса. Мы видим эту сферу изнутри, и ее центр находится точно там, где расположен наблюдатель.
Рассмотрим основные точки и круги небесной сферы (рис. 48), для чего выделим из двух сфер, изображенных на рисунке, наружную. Точки пересечения
воображаемой оси вращения небесной сферы с самой сферой называются полюсами. Северный полюс мира (Р) виден в северном полушарии Земли, южный (Р') -- в южном. Близ Северного полюса расположена Полярная звезда. Близ Южного нет сколько-нибудь заметной звезды.
Рис. 48. Подвижная и неподвижная экваториальные системы координат.
Неподвижная система нанесена на наружную сферу, подвижная -- на внутреннюю. Горизонт и меридиан, не участвующие в суточном вращении, на подвижную сферу нанесены штриховыми линиями.
Высоту полюса мира над горизонтом можно измерять в градусах, она равна географической широте места наблюдений (j).
Большой круг сферы, проходящий через точку севера (С, полюс (Р), зенит (Z) и точку юга (Ю), называется небесным меридианом. Меридиан делит небо на два полушария -- восточное и западное.
Линия пересечения плоскости земного экватора с небесной сферой называется небесным экватором. Каждая точка экватора удалена от полюса на 90º. Малые круги, плоскости которых параллельны плоскости экватора и вдоль которых происходит суточное движение светил, называются суточными параллелями.
Экватор проходит через точки востока (В) и запада (З). В южной части неба он максимально поднимается над горизонтом. Точка пересечения экватора с меридианом поднимается над горизонтом на высоту 90º-j.
Для уверенного поиска светил, особенно слабых и невидимых невооруженным глазом, созданы системы небесных координат. Мы рассмотрим только две из них -- неподвижную (первую) экваториальную (наружная сфера на рис. 48) и подвижную (вторую) экваториальную (внутренняя сфера). Разделение сферы на две -- условное, нужное для того, чтобы яснее различать обе системы.
В обеих системах координат одна координата общая. Эта координата указывает кратчайшее на небесной сфере расстояние светила от небесного экватора. Она называется склонением светила (d).
Если светило лежит на экваторе, его склонение равно 0º. Склонение северного полюса +90º, южного --90º. Склонение звезды Денеб (a Лебедя) равно 44º55', склонение звезды Ригель (b Ориона) равно --8º19'.
Вторая координата в каждой системе своя. В первой системе (наружная сфера на рис. 48) -- это часовой угол (t). Часовой угол измеряется от меридиана до светила. По мере вращения небесной сферы часовой угол светила непрерывно меняется, поэтому его удобно измерять в часах, минутах и секундах (ч, м, с или латинскими буквами h, m, s) от меридиана по ходу вращения небесной сферы (по часовой стрелке). Каждый час часового угла равен 15º в угловой мере. Предположим, сейчас меридиан пересекает Капелла (a Возничего), и ее часовой угол равен нулю. Через час часовой угол Капеллы станет 1h (15º), еще через полтора часа 2h 30m (37º,5). Эта система удобна для снабжения телескопа координатным кругом по часовому углу, но неудобна для составления каталогов и звездных атласов. Для каталогов принята вторая (подвижная) система координат (внутренняя сфера на рис. 48). Склонение здесь определяется так же, как и в первой системе, а вместо часового угла служит прямое восхождение (a), которое отсчитывается от так называемой точки весеннего равноденствия до светила против вращения небесной сферы (против часовой стрелки). Так как точка весеннего равноденствия (g) участвует в суточном вращении небесной сферы, вся система координат оказывается подвижной относительно наблюдателя, но
неподвижной относительно звезд. Прямое восхождение отсчитывается также в часах, минутах и секундах. Если сейчас меридиан пересекает светило с прямым восхождением 0h0m, то час спустя его пересечет светило с прямым восхождением 1h0m.
Интересно, что, так называемые звездные сутки начинаются в момент, когда меридиан пересекает точка весеннего равноденствия g В этот момент звездное время всегда равно 0h. Значит, прямое восхождение светил, пересекающих в данный момент меридиан, равно звездному времени в данный момент. Например, если сейчас меридиан пересекает Вега (a Лиры), прямое восхождение которой равно 18h34m, то звездное время равно 18 ч 34 мин. Это очень удобно, так как, взглянув на часы, идущие по звездному времени, мы можем сразу узнать прямое восхождение светил, проходящих меридиан. Предположим, сейчас 5 ч звездного времени. Это значит, что меридиан проходят звезды с прямым восхождением 5h. Но нам надо найти слабую галактику, прямое восхождение которой 3h. Так как прямое восхождение отсчитывается против вращения небесной сферы, нам надо повернуть телескоп к западу от меридиана на 2h. Но этому соответствует часовой угол 2h. Значит, установив на координатном круге телескопа часовой угол 2h, мы приведем галактику в поле зрения.
Звездные сутки--время полного обращения Земли относительно звезд -- на 4 минуты короче солнечных. Дело в том, что благодаря обращению Земли вокруг Солнца мы видим, как оно постепенно перемещается среди созвездий. Каждые сутки оно перемещается приблизительно на 1º к востоку, двигаясь в том же направлении, что и Земля, при вращении вокруг оси. Поэтому солнечные сутки на 4 минуты длиннее звездных. Мы живем по солнечному времени, но телескоп поворачивать за звездами надо со скоростью один оборот за звездные сутки. Это и вынуждает нас мириться с некоторыми неудобствами. О том, как перенести гражданское время, по которому мы живем, в звездное, можно прочесть в соответствующих руководствах [23, 24].
Итак, чтобы найти на небе звезду, которую мы не видим простым глазом, или если и видим, но не можем ее выделить среди мириад звезд, нужно воспользоваться координатными кругами телескопа и координатами звезды, которые можно найти в каталогах или на подробных картах, а для слабых планет (Уран, Нептун) и астероидов -- в астрономическом календаре. Координаты комет публикуются в кометных циркулярах. Во всех этих случаях мы можем путем несложных вычислений по прямому восхождению определить часовой угол светила. § 44. ТИПЫ МОНТИРОВОК
Каждый телескоп снабжается штативом, позволяющим направлять телескоп в любую точку небесной сферы и закреплять его в этом положении. Так как небесная сфера совершает суточное движение, штативы телескопов, называемые монтировками, нередко снабжаются часовыми приводами, которые чаще всего представляют собой электромоторчик мощностью в 7--15 ватт, который через систему шестерен вращает весь телескоп со скоростью один оборот в сутки.
Большинство земных зрительных труб снабжается так называемыми азимутальными монтировками. Азимутальная монтировка имеет две оси -- вертикальную и горизонтальную. На рис. 49 показаны несколько азимутальных монтировок для небольших телескопов.
Первая монтировка (а) представляет собой образец чрезвычайной устойчивости и простоты. Ее нижний конец опирается на два ролика, катящиеся по куску гладкой доски. У окулярного конца -- две ручки, связанные с роликами стержнями. Вращая ручку, мы заставляем вращаться ролики, а телескоп медленно поворачивается по горизонтали. Для грубого наведения по высоте выдвигаем две ножки, а для тонкого вращаем винт, который поднимает или опускает верхний конец. Эта монтировка предложенная в прошлом веке А. Холкомбом, в наше время переживает свое возрождение. Она пригодна для визуальных наблюдений, особенно комет и объектов Мессье, и фотографических наблюдений Солнца.
Вторая монтировка (б) предназначена для рефлекторов, с помощью которых ведутся только визуальные наблюдения туманностей, скоплений, галактик и комет. Эта довольно простая монтировка делается из многослойной фанеры (8--10 мм) с небольшим использо
ванием металлических деталей. Она подробно описана ниже (§ 53). Это так называемая азимутальная вилка.
Рис. 49. Азимутальные монтировки а) Монтировка Холкомба, б) азимутальная вилка, в) кометоискатель Бредфилда.
На рис. 49 в изображен кометоискатель - короткофокусный рефрактор известного ловца комет Бредфилда (Австралия). Это также вилка, но с небольшими изменениями. Предыдущая монтировка предназначена для телескопов с относительным отверстием 1/4--1/6. Монтировка Бредфилда может применяться с телескопами, имеющими длинные трубы. Для этого ее консоли несколько отогнуты в сторону, а для противодействия дрожанию имеется стержень, который при наведении телескопа на светило открепляется, а затем закрепляется.
Все описанные монтировки страдают тем недостатком, что наблюдатель, следящий за суточным движением светила, вынужден поворачивать время от времени телескоп сразу по двум координатам. Это приходится делать тем чаще, чем больше увеличение телескопа.
Если вертикальную ось азимутальной монтировки наклонить на угол, равный широте места наблюдений, и направить ее на полюс мира, то она станет параллельной земной оси (направление, указанное стрелкой на рис. 50). Поворачивая телескоп только вокруг этой оси, мы сможем удерживать светило неопределенно долго в поле зрения телескопа. Эта ось носит название полярной оси, а вся монтировка -- полярной или экваториальной.
Разумеется, все из перечисленных ранее монтировок можно превратить в экваториальные, если их вертикальные оси наклонить, как было сказано. Конечно, несимметричные монтировки потребуют противовеса, который будет уравновешивать трубу относительно полярной оси. Чаще всего противовес устанавливается на продолжении оси, перпендикулярной к полярной и называемой осью склонений. Поворачивая телескоп вокруг полярной оси, мы изменяем часовой угол, а при повороте вокруг оси склонений изменяем склонение.
На экваториальной "немецкой" монтировке крепятся небольшие телескопы. Монтировка асимметричная и требует противовеса, который для небольших телескопов незначительно увеличивает вес всей установки (рис. 50, а, б). Подробнее о монтировке мы расскажем ниже.
"Немецкая" монтировка имеет тот недостаток, что при прохождении светила через меридиан в районе от зенита до точки севера труба своим нижним концом упирается в колонну. Телескоп приходится "перекладывать", повернув на 180º по склонению и на 12 ч по прямому восхождению. После этого наблюдения можно продолжать. Чтобы избежать этого, колонну изгибают
Рис. 50. Немецкие монтировки.
а) Монтировка с регулируемым наклоном полярной оси, б) монтировка со складным штативом из 10-миллиметровой фанеры, в) монтировка из толстых водопроводных труб, г) монтировка с опущенным противовесом.
под углом, равным широте места, или увеличивают длину полярной оси и опускают опору (рис. 50, в, г).
Если полярную ось удлинить и опереть на две опоры, монтировку можно сделать значительно жестче. Такая монтировка называется английской (рис. 51,а,б).
Чем больше вес телескопа, тем больше должен быть противовес и тем больше прогибается полярная ось. Можно "раздвоить" полярную ось, превратив ее в ярмо
(Рис.51, в )
Труба крепится на полуосях, а ярмо вращается на двух подшипниках, установленных на двух опорах - северной и южной. Ярмо делает недоступной полярную область неба. Это не очень страшно, так как в околополярной области мало интересных объектов. Однако можно преодолеть этот недостаток ярма, несколько искривив его две длинные балки. Ось склонений несколько переместится с полярной оси, и телескоп можно будет направить на полюс мира, но это дается ценой установки противовеса (рис. 51, г).
Чтобы оставить ярмо симметричным и избежать применения противовеса, при строительстве 5-метрового телескопа обсерватории Маунт Паломар было решено северный подшипник ярма выполнить в виде подковы, в которую погружается телескоп во время наблюдений около полюса мира*). Эта подкова в любительских монтировках катается на двух небольших роликах, как это показано на рис. 52, а.
*) Этот тип монтировки предложил в начало века художник, полярный исследователь и любигель телескопостроения Рассел Портер. Когда в 30-е годы он был привлечен к строительству 5-метрового телескопа обсерватории Маунт-Паломар, он применил этот тип монтировки для телескопа-гиганта. Портер предложил многочисленные варианты устойчивых и удобных и работе монтировок [14].
Подшипники полуосей оси склонений можно установить на подкове, как это сделано у 4-метровых телескопов обсерваторий Китт Пик и Серро Тололо. В этом случае удается свести к минимуму прогибы всей монтировки и при том же весе добиться большей жесткости (рис. 52, б).
Если подкову снабдить консолями, чтобы нижняя часть трубы свободно проходила, не задевая плоскости подковы, то подкову можно заменить сплошной шайбой, как это сделано у 2,6-метровнх телескопов Крымской астрофизической обсерватории и Бюраканской обсерватории. Полярной осью здесь служит собственно шайба, которая в любительских монтировках, как и подкова, катается по двум роликам и фиксирована в центре короткой осью (рис. 52, в).
Если шайбу заменить на поперечную балку, называемую траверсой, и обычную полярную ось, получится монтировка, называемая вилочной (рис. 52, г). Это, пожалуй, наиболее распространенная у профессиональных телескопов монтировка. Обычно к числу ее достоинств причисляется отсутствие противовеса. Это действительно преимущество, если длина труби не слишком велика. В противном случае консоли вилки становятся слишком длинными и нежесткими, а если мы нагрузим нижний конец труби, чтобы приблизить центр масс трубы к ее нижнему концу и тем самим
укоротить консоли, то мы лишим монтировку ее главного преимущества: она становится тяжелой.
Многообразие монтировок для телескопов не исчерпывается описанными. Существует довольно много монтировок специального назначения, а также разновидностей описанных. Однако на этом, пожалуй, нужно остановиться и перейти к конструктивным решениям отдельных узлов механики телескопа. § 45. КОНСТРУКЦИЯ ОПРАВЫ ГЛАВНОГО ЗЕРКАЛА
Если зеркало с оправой установлено внутри трубы, то оно достаточно защищено. Поэтому оправа может быть довольно простой и легкой (рис. 53). Она состоит из опорной пластины 3, которая в трех точках крепится к трубе с помощью уголков 4. Эта пластина несет
Рис. 53. Конструкция оправы зеркала.
1--зеркало, 2--пластина-оправа зеркала, 3--опорная пластина, 4--уголок, 5--винты, 6 -- резиновая трубка, 7--гайка, 8--барашек, 9 -- возвратная пружина, 10 -- кружки из фетра, картона и т. п.
на себе другую пластину 2, которая служит собственно оправой зеркала. Зеркало 1 удерживается тремя винтами 5 диаметром 6--8 мм. Для того чтобы при резком охлаждении ночью зеркало не оказалось зажатым этими винтами, между ними и зеркалом надо оставить зазор около 0,5 мм. Еще лучше на эти винты надеть резиновые или пластмассовые трубки 6. Эти трубки будут компенсировать различие в температурных деформациях стекла и металла оправы. В этом случае зазора между трубками и зеркалом можно не оставлять, однако надо проследить, чтобы зеркало не оказалось зажатым.
Зеркало опирается на три "точки". Эти "точки" в действительности представляют собой три кружка из фетра, толстой кожи, войлока, толстого картона 10. Диаметры этих кружков должны составлять 1/8--1/10 диаметра зеркала. Они приклеиваются к пластине каким-нибудь синтетическим клеем, например эпоксидной смолой. Зеркало укладывается на эти кружки, и чтобы оно не выпало при случайном опрокидывании оправы, его фиксируют тремя специальными широкими гайками 7, которые навинчиваются на три винта, удерживающие зеркало. Считается, что зеркало должно немного "играть" в оправе. Для этого достаточно, чтобы между зеркалом и удерживающей его деталью был зазор около 0,2--0,3 мм.
Для точной установки зеркала относительно оси трубы и других оптических деталей оно вместе с оправой должно в небольших пределах наклоняться (юстироваться). С этой целью наша оправа и снабжена винтами 5, барашками 8 и возвратными пружинами 9, надетыми на эти винты. В опорной пластине 3 просверливаются гладкие отверстия, а в оправе 2 -- отверстия с резьбой. При навинчивании барашка угол оправы опускается, а при вывинчивании возвратная пружина поднимает его вверх. Благодаря этому механизму можно легко и с высокой точностью установить (отъюстировать) зеркало в телескопе.
Если зеркало тонкое, его надо разгрузить не на три точки, а на шесть. Это делается при помощи V-образных коромысел (рис. 54, а, б, в). Каждое плечо коромысла служит одной "точкой". Тогда зеркало кладется на все три равноудаленных коромысла, они легко устанавливаются так, что на каждое из плеч приходится совершенно одинаковая нагрузка. Это нам и надо. Важно только, чтобы от нагрузки коромысла не деформировались. Для 150-миллиметрового зеркала нужно взять сталь или латунь толщиной 1,5--2 мм или алюминий -- 3 мм. Остальные размеры можно взять с рис. 54, г. При переходе к большему зеркалу эти размеры нужно пропорционально увеличить, а толщину можно оставить той же. Жесткость коромысла увели
чим добавлением одной "тяги", как показано на рис. 54, б. Можно отлить коромысла с ребрами жесткости из алюминия, силумина и т. п. (рис. 54, в). О том, как это сделать в любительских условиях, рассказано ниже.
Большое достоинство описанных оправ состоит в том, что зеркало в них обдувается воздухом со всех
Рис. 54. Оправа с разгрузкой на шесть точек.
сторон. Это означает, что оно скорее принимает температуру окружающего воздуха при резких ее перепадах, например когда телескоп выносят на улицу.
Эти оправы применяются в подавляющем большинстве телескопов Новосибирского клуба им. Д. Д. Максутова, иногда с незначительными изменениями. Они хорошо работают в телескопах диаметром по крайней мере до 300--350 мм. Только вместо пружин в случае тяжелых зеркал применяются возвратные винты, которые установлены в отверстиях с резьбой в опорной пластине и своим верхним концом упираются в нижнюю часть оправы. Прежде чем опустить край оправы, надо ослабить этот возвратный винт, а потом притянуть оправу барашком. Для подъема края оправы надо ослабить барашек и приподнять оправу возвратным винтом. Аналогичные оправы применяются многими зарубежными фирмами в серийных любительских телескопах Ньютона диаметром до 300--320 мм. § 46. ОПРАВА ДИАГОНАЛЬНОГО ЗЕРКАЛА
Диагональное зеркало или призма в системе Ньютона устанавливается внутри трубы на верхнем ее конце. В небольшом телескопе диаметром до 140--150 мм лучше всего применить стойку, вырезанную из латунной или стальной пластины толщиной 1,5--2 мм, или же алюминиевой до 3 мм. Алюминий для этих целей надо брать мягкий, чтобы он легко гнулся без изломов под углом 90º. Стойка вырезается ножницами по металлу и потом гнется, как показано на рис. 55, а. Зеркало тыльной стороной приклеивается к стойке на картонной или кожаной прокладке для компенсации различных для стекла и металла температурных деформаций. Можно его приклеить мягким клеем типа "герметик", но только в центральной части, а не по всей поверхности. В этом случае можно обойтись без прокладки.
Призма вклеивается нерабочими треугольными матовыми плоскостями. Нужно следить, чтобы клей не попадал на рабочие, отполированные грани призмы. Особенно опасен канцелярский клей, после которого на поверхности полированного стекла остаются матовые неудаляемые пятна. Вообще же канцелярский клей хорошо склеивает металл со стеклом, бумагой и стекло с бумагой. Правда, через 3--4 месяца клей разрушается. Поэтому его можно применять для временных соединений. Между призмой и стойкой должны быть прокладки из бумаги или тонкого картона толщиной 0,5--1 мм.
Юстируется такая оправа изгибанием стойки, если надо зеркало сместить к оптической оси главного зеркала, перемещением вдоль оси в продолговатых отверстиях для винтов, кренящих стойку к стенке трубы, подкладыванием шайб между стенкой трубы и основанием стойки для наклона, подъема или опускания зеркала. Оправа со стойкой зарекомендовала себя
очень хорошо, она проста в изготовлении и удобна в работе.
Для телескопов диаметром больше 200 мм лучше применить систему растяжек, так как толщина стойки
Рис 55 Оправа на стойке для 45 градусной призмы и оправа на растяжках для диагонального зеркала.
1-винт с барашками, 2 - юстировочные винты, 3 - винт с возвратной пружиной, 4 --лапки.
будет увеличиваться пропорционально квадрату ее длины. Так, для 300-миллиметрового главного зеркала толщину стойки придется увеличить с 1,5 мм до 6 мм. Рис. 55, б поясняет устройство растяжек и оправы.
Растяжки работают только на растяжение и потому могут быть тонкими. Для телескопа диаметром 200-250 мм они могут иметь толщину 0,5--0,7 мм. Их можно сделать из жести или кровельной стали. Растяжки должны быть хорошо натянуты. На концах каждой из них крепятся длинные винты-шпильки 1, которые вставляются в отверстия в трубе так, что их концы оказываются снаружи. На эти концы наворачиваются гайки, ими растяжки и натягиваются.
Конструкция оправы ясна из рисунка. Винтами с барашками 1 оправа крепится к трубе. Ее юстировка производится тремя юстировочными винтами 2 и одним винтом 3 с возвратной пружиной. Пружину можно убрать и стопорить оправу этим центральным винтом.
Зеркало крепится к срезанной под углом 45º части оправы четырьмя лапками из 1-миллиметровой латуни или стали 4, которые приворачиваются к оправе небольшими винтами. § 47. ОКУЛЯРНЫЙ УЗЕЛ
Среди наблюдателей, работающих с телескопом, могут оказаться не только люди с нормальным зрением, но и близорукие и дальнозоркие. Для близорукого глаза окуляр приходится несколько приблизить к зеркалу, для дальнозоркого -- отодвинуть. Величину, на которую надо переместить окуляр, можно определить по формуле
где Д--число диоптрий близорукого или дальнозоркого глаза (для близорукого эта величина берется со знаком "минус", для дальнозоркого--со знаком "плюс"), ф -- фокусное расстояние окуляра в миллиметрах. Например, близорукость наблюдателя --3 диоптрии, фокусное расстояние окуляра 40 мм. Перемещение окуляра составит
Чем больше близорукость (или дальнозоркость) наблюдателя, тем больше придется передвигать окуляр. Наоборот, чем меньше фокусное расстояние окуляра, тем
меньше надо его передвигать при той же близорукости. По приведенной формуле читатель без труда определит, насколько ему придется передвигать окуляр, а значат, и сможет вычислить необходимую длину окулярной трубки.
Есть еще несколько причин, по которым приходится передвигать окуляр, добиваясь наилучшей фокусировки. При изменениях температуры воздуха из-за температурных деформаций зеркала его радиус кривизны и фокусное расстояние изменяются, поэтому требуется некоторая перефокусировка окуляра. Перефокусировка требуется и при смене окуляров из-за небольших ошибок в размерах их оправ. При наблюдении земных предметов, когда расстояние до предмета не равно "бесконечности", приходится слегка выдвигать окуляр; этот эффект уже хорошо заметен при фокусном расстоянии зеркала 1000 мм и расстоянии до объекта менее 1,5--2 км.
Исходя из этих предпосылок, выберем простейшую конструкцию фокусировочного устройства (рис. 56, а). Оно состоит из двух трубок: неподвижной 1, которая крепится непосредственно к трубе телескопа, и подвижной 2, которая с трением, но плавно перемещается в первой. Трубки эти можно подобрать, выточить или склеить из ватмана эпоксидной смолой. Этот материал по свойствам напоминает пластмассу. Трубки склеиваются на болванках подходящих диаметров. Толщина стенок 1,5--2 мм.
Большую по диаметру трубку вклеивают в круглое отверстие в стенке трубы телескопа, которое сначала высверливается по окружности дрелью, а потом обрабатывается полукруглым напильником. Чтобы склейка была прочной, смочим в эпоксидной смоле жгутик из ваты, следя за тем, чтобы вата полностью пропиталась смолой, и проконопатим этим жгутиком место склейки, чтобы образовался плотный шов. После затвердевания смолы обрабатываем шов напильником.
Вставим меньшую трубку в первую и станем, слегка поворачивая ее, вдвигать или выдвигать. Чтобы трубка не проваливалась в неподвижную, на краю подвижной надо сделать бортик. В случае бумажно-клеевой трубки это может быть несколько слоев бумажной полоски, наклеенной на край трубки. Окуляр вставляется в подвижную трубку также на трении.
Можно несколько усовершенствовать это устройство, если на наружной трубке просверлить серию одинаковых отверстий вдоль спиральной линии, а потом распилить их надфилем, чтобы получился криволинейный направляющий паз одинаковой ширины. В под-
вижной трубке сверлится отверстие и нарезается метчиком резьба для винта М4--М6. Вставив винт в направляющую щель, ввернем его в отверстие с резьбой в подвижной трубке. Ведя за винт 3, можно с удобством перемещать подвижную трубку. Вместо стандартного винта лучше сделать специальный поводок. Для
этого на стержне подходящего диаметра нарезаем леркой резьбу на длину чуть больше толщины стенки подвижной трубки. Остальную часть стержня оставляем гладкой.
Если вы имеете доступ к токарно-винторезному станку, можно и подвижную трубку снабдить резьбой с шагом около 2 мм (Рис. 56, б). Резьбу лучше сделать однозаходную: так и проще и удобнее. В этом случае неподвижная трубка должна быть снабжена фланцем 5, с помощью которого она крепится к трубе телескопа. Подвижная трубка снабжается валиком с накаткой 4. Для того чтобы окуляр надежно держался на своем месте, надо на конце подвижной трубки сделать пропилы, как показано на рис. 56, а, в, и несколько подогнуть внутрь образовавшиеся концы.
Будет хорошо, если удастся достать старое фокусировочное устройство микроскопа с кремальерой: специальной зубчатой гребенкой, по которой катится зубчатое колесо с тем же шагом зубьев *). На валу этого колеса установлена ручка -- штурвальчик, которую наблюдатель вращает. Зубчатое колесо толкает гребенку, а та в свою очередь заставляет подвижную трубку с окуляром передвигаться вдоль оси. § 37).
Если у вас есть доступ к фрезерному станку, можно гребенку нарезать прямо на подвижной трубке. Для этого, выточив и тщательно подогнав подвижную трубку к неподвижной, устанавливаем подвижную трубку в тисках фрезерного станка перпендикулярно к дисковой фасонной зуборезной фрезе и начинаем последовательно нарезать зуб за зубом, перемещая каретку с тисками вдоль оси трубки каждый раз на величину шага, который надо предварительно замерить на специально подобранной широкой шестеренке, которая будет служить в окончательно собранном узле. Детали этого устройства хорошо видны на рис. 55, в.
Длина подвижной трубки должна быть такой, чтобы при самом большом выдвижении она на 1,5 своего диаметра оставалась в неподвижной трубке.
Внутренний диаметр подвижной трубки выбирается из расчета, чтобы стенки трубки не срезали конуса лучей. Приблизительно этот диаметр можно определить, если к диаметру конуса лучей в том сечении его, где он входит в трубку, прибавить линейный поперечник поля зрения. Если при определении размеров диагонального зеркала мы допускали некоторое виньетирование пучка на краю, то в случае с окулярной трубкой виньетирование должно быть исключено, так как край трубки расположен слишком близко к фокальной поверхности и границы срезаемой части слишком резки. Поэтому виньетирование лучше всего полностью исключить. § 48. ТРУБА
В многочисленных руководствах по любительскому телескопостроению постоянно указывается на то, что большая масса телескопа -- залог его высокой жесткости. Эта тенденция, до сих пор широко бытующая в любительской среде, приводит просто к курьезным последствиям. Складывается впечатление, что часто любители соревнуются в том, кому удалось сделать телескоп самой большой массы. Известны 150-миллиметровые рефлекторы массой 500--800 кг. Их трубы-- нередко стальные цилиндры с толщиной стенок 3--5 мм! Для сравнения укажем, что грамотно сконструированная и снабженная ребрами жесткости труба 600--700-миллиметрового телескопа обычно имеет толщину стенок 2--3 мм. Еще более разительные результаты мы видим, когда профессиональный конструктор, комплексно подходя к задаче, не только "выжимает" максимум возможного из механической части телескопа, но еще и выбирает рациональную оптическую схему. Так, например, телескоп системы Шмидта -- Кассегрена "Силестрон-14", имеющий действующее отверстие диаметром 350 мм и эквивалентное фокусное расстояние 3500 мм, настолько легок, что его переносит один человек! Правда, оптическая система Шмидта-- Кассегрена слишком сложна для начинающего любителя, зато вполне в его силах проявить максимум осмотрительности при выборе механических конструкций узлов телескопа, чтобы при максимальной и вполне разумной жесткости получить минимальную
массу телескопа. Кроме чисто эстетической стороны этой инженерной задачи, есть еще и утилитарная сторона дела: большинство любителей не имеет постоянной обсерватории и вынуждено выносить телескоп на площадку чаще всего в одиночестве.
Из существующего многообразия конструкций трубы телескопа выберем круглую трубу. Описанная в книге М. С. Навашина и других руководствах "чикинская доска" слишком примитивна и требует ненамного меньше труда, чем описанная здесь круглая труба. Квадратная труба, сделанная из дерева, слишком тяжела, а сделанная из металла (например, алюминия) слишком трудоемка при посредственных качествах. Фермы, в том числе ферма Серрюрье [1], и предварительно напряженная ферма А. Н. Подъяпольского [4, 6] слишком трудоемки и рациональны только для сравнительно больших телескопов, когда другого разумного решения просто нет. При диаметре зеркала до 300--400 мм и ее длине до 2--2,5 м нет смысла отказываться от круглой тонкостенной трубы.
Заметим, что многие зарубежные фирмы на протяжении уже двух десятилетий выпускают такие трубы подобных размеров, склеенные из стеклоткани, а, начиная с конца 70-х годов, многие из них перешли на бумажно-клеевые трубы как еще более рациональные. Для телескопов указанных размеров жесткость этих труб вполне достаточна, а масса несоизмеримо меньше массы металлических.
Если диаметр трубы небольшой, подберем болванку из дерева, металлическую или асбоцементную трубу с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы телескопа. Этот последний должен быть на 25-- 30 мм больше диаметра зеркала, но если размеры оправы вынуждают взять больший диаметр, значит, надо его увеличить. На эту болванку плотно наматываем два слоя газетной бумаги, и чтобы она не разматывалась, "прихватываем" канцелярским клеем или изолентой. После этого смазываем газету каким-нибудь маслом, чтобы она впоследствии не прилипла к эпоксидной смоле.
Приготовим 150--200 г эпоксидной смолы. Оборачиваем болванку одним слоем ватмана без смолы и после этого намазываем полосу шириной 200--300 мм вдоль трубы смолой на внутренней стороне бумаги. Намазывать лучше всего широкой лопаткой в виде шпателя, постоянно следя за тем, чтобы слой смолы был одинаковой толщины и без неоднородностей. Нужно, чтобы ватман наматывался совершенно ровно, не перекашиваясь при намотке. После примерки наматываем смазанную часть на болванку и намазываем еще 200--300 мм. Наматывая ватман, очень важно следить за тем, чтобы между слоями не образовывалось пустот. Если это произошло, нужно постараться выдавить воздух, разглаживая лист. Если это не помогает, надо лезвием бритвы надрезать "пузырь" и выдавить воздух в разрез, разгладив бумагу.
Смола быстро твердеет, поэтому не нужно готовить ее более 200 г. Когда смола кончается, очень важно очистить посуду, не оставив твердеющей смолы, так как в следующей порции смолы будут попадаться твердые комочки, которые трудно устранить.
Обычно ширина листа ватмана недостаточна для полной длины трубы, в этом случае склеиваем две трубы длиной в ширину ватмана и половинной толщины. После затвердевания обеих половинок составляем их торцами и наворачиваем лист ватмана на стык. Для лучшей стыковки труб очищаем края от наплывов смолы и косо намотавшихся краев трубы. Навернув среднюю часть трубы, наворачиваем бумагу на ее концы. Ширина этих полос, разумеется, меньше полной ширины бумаги. Подобным образом поступаем, если длина болванки мала. Нужно следить за тем, чтобы швы всегда были "в разбежку" -- не совпадали один с другим. Важно, чтобы бумага или стеклоткань не просто склеивались, а хорошо пропитывались на всю толщину листа. Только в этом случае получается достаточно однородная и прочая масса. Поэтому нужно, чтобы смола была не слишком густой. Если она густа, можно добавить пластификатора или просто ацетона. Ацетон наливается в посуду, куда наложена густая смола без отвердителя и оставляется до полного растворения смолы. Обычно на это требуется около суток.
Общая толщина стенок трубы 150-миллиметрового рефлектора должна быть 3--4 мм, если труба склеена из ватмана и 2--3 мм, если из стеклоткани. Расчеты показывают, что жесткость на продольный изгиб 200-миллиметровой трубы (для 150--170-миллиметрового
зеркала) при толщине бумажных стенок 3--4 мм с эпоксидной смолой не ниже, чем жесткость на изгиб сплошного стального стержня диаметром около 65 мм. На первый взгляд этот результат кажется совершенно бессмысленным. Чутье подсказывает нам, что стальной стержень должен быть значительно жестче бумажного. Но если вспомнить, что сейчас речь идет только о жесткости при продольном изгибе трубы от совершенно равномерно распределенной по ней нагрузки, то такой результат удивлять не будет.
В действительности на трубу действуют несколько сосредоточенных нагрузок: вес оправы и зеркала, оправы диагонального зеркала, окулярного узла и, наконец, реакция опоры -- оси склонений, к которой прикреплена труба. Если на стенку тонкостенной трубы воздействовать большой сосредоточенной нагрузкой, например просто сильно надавить рукой, она прогнется, а может и проломиться. Для того чтобы этого не случилось, надо ввести несколько ребер жесткости, которые, мало добавляя в массе, значительно увеличат жесткость при сосредоточенных нагрузках. Эти ребра могут выглядеть как дополнительные кольца из металла или все той же бумаги или стеклоткани. На рис. 57, а показана такая труба в разрезе. Сначала склеиваются кольца толщиной примерно 4--5 мм и длиной по 100 мм для концов трубы и 200 мм для того места, где будет крепиться ось склонений. Потом на эти кольца наворачиваются слои собственно трубы. Ребра жесткости можно навернуть и сверху трубы, но при этом несколько пострадает внешний вид телескопа.
Если автору книги не удалось убедить читателя в целесообразности бумажно-клеевой трубы или трубы из стеклопластика, он может изготовить и металлическую трубу. Материалом здесь будет служить листовая, 0,5--0,8 мм, сталь или листовой алюминий. Толщина слоя алюминия 0,8--1 мм. В качестве ребер жесткости можно использовать три старые алюминиевые кастрюли с незавальцованными краями, дно которых вырезается с таким расчетом, чтобы оставался внутренний бортик шириной около 15 мм для нижнего конца трубы, 10 мм для средней части и около 5 мм для верхней части (рис. 57, б). Впрочем, от третьей кастрюли можно отказаться, если завальцевать верхний край трубы. Делается это с помощью плоскогубцев, которыми постепенно отгибая наружу край на ширину 8--10 мм, мы обходим всю окружность (рис. 56, г). После первого круга, когда край отогнут на 40--45º, повторяем операцию, отгибая кромку на 5--6 мм еще
а)
в) г)
Рис. 57. Конструкция круглой трубы. а) Бумажная труба, б) металлическая труба, в) клепка, г) вальцевание.
на 45º, наконец, отгибаем кромку шириной около 2--3 мм еще на 45º.
Продольный шов свернутого в трубу листа склепы выем (рис. 57, в) или соединяем болтами с гайками. Кастрюли так же приклепываются или соединяются с трубой винтами. Надо обязательно иметь в виду, что жесткой будет такая труба, где ребра жесткости (кастрюли без дна) будут вставлены в трубу с достаточным трением так, чтобы ребра слегка распирали трубу. § 49. КРЕПЛЕНИЕ УЗЛОВ К ТРУБЕ
Даже после того как мы ввели ребра жесткости, надо рационально распределить внешние нагрузки. Под шляпки винтов, которыми опорная пластина
оправа зеркала крепится к трубе, надо подложить шайбы, чтобы увеличить площадь опоры шляпки. То же надо сделать во всех случаях, когда шляпка или гайка опирается непосредственно на бумагу или стеклоткань.
Окулярная трубка крепится к трубе с помощью фланца. Для того чтобы плоская поверхность фланца сочленялась с цилиндром трубы, на трубе надо сделать "прилив", имеющий плоскую поверхность. Вокруг круглого отверстия для пучка лучей на стенке трубы телескопа сделаем из пластилина два бортика -- один по диаметру отверстия, а второй- по наружному диаметру фланца. Высота бортика по всей окружности должна быть одинаковая и превышать наиболее высокую часть горизонтально положенного цилиндра трубы на 3-- 5 мм. Между двумя бортиками наливаем эпоксидную смолу. Чтобы в дальнейшем смола не растрескалась, ее надо армировать с помощью кусочков любой ткани, лучше стеклоткани. Эти кусочки погружаются в смолу, смачиваются в ней и укладываются между пластилиновыми бортиками. После того как высота этого слоя материи и смолы на 2--3 мм не дойдет до края бортиков, остановимся и, если надо, немного дольем смолы, чтобы поверхность "прилива" стала совершенно ровной. Осторожно положим трубу так, чтобы "прилив" образовал поверхность, перпендикулярную к оптической оси окуляра