Спектрометр Салют-Орион

[voiserg]

Не так давно ysdanko дал ссылку на спектрометр "Орион" с телескопом по системе Мерсенна, установленный на космической станции "Салют" в 1971 г.

"использована вогнутая дифракционная решетка с радиусом кривизны 500 мм и размерами заштрихованной части 50 X 55 мм. Штрихи нанесены на алюминиевом слое, покрывающем стеклянную подложку. Число штрихов 1200 на 1 мм, форма штрихов выбрана так, что обеспечивается максимальная концентрация света около 2600 Å. Дисперсия спектрографа - 32 Å/мм, а угловой масштаб в фокальной плоскости камеры спектрографа равен 2,5 Å на 1 мм. При точности слежения за звездой порядка одной угловой минуты спектральное разрешение такого спектрографа составляет около 5Å (в области 2600Å)." (С)
http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/salyut-na-orbite/02.html

Вот данные о телескопе

зеркальный телескоп системы Мерсенна со световым диаметром большого зеркала 280 мм, диаметром малого зеркала 50 мм и эффективным фокусным расстоянием 1400 мм.

Хочу сделать аналонгичный спектрометр на основе сферического зеркала диаметром 300-350 мм светосилой 5 (фокусом 1500-1750 мм).
Но перед этим хочу обсудить подробности .

1. В системе Мерсенна предусмотрено два параболических зеркала - главное вогнутое и вторичное выпуклое.
Если ГЗ сфера - то каким должно быть вторичное (не используя линзовый корректор) ?
Если для "точечного" астровизуала и астрофото такой вариант вообще не подходит (хотя для этих целей   схема Мерсенна не подходит сама по себе - но и  к ней  крититки будут скорее всего предъявлять традиционные фото-визуальные требования), то возможен ли компромисс для спектрометра, где важно получить поточнее развертку вдоль направления дифракции, а перпендикулярная ширина "нитки" спектра не так важна (хотя конечно же расширение "нитки" спектра снижает его яркость).

[Алексей Юдин]

Так делайте из параболы 300 1:5, они копеечные.

[voiserg]

2. Просматривая каталог китайского производителя YBT вижу три типа вогнутых решеток:
- с плоским полем
- Роуланда
-для монохроматоров.
К какому типу относится дифрешетка Ориона ?
В статье про Орион написано, что использовалась НЕплоская фотокассета - значит первый тип отпадает.
Поскольку на дифрешетку направляется коллимированный пучек, дифрешетка Роуланда тоже отпадает (она работает в неколлимированном пучке прямо от щели.
Остается дифрешетка монохроматора.
Это так ?
Если так, то прошу знатоков пояснить, что означают радиусы Ra и Rb и угол 2K ?

3. Ранее не особо интересуясь вогнутыми дифрешетками, я думал, что они все работают с неколлимированным входным пучком (от щели),
и что цилиндрически-вогнутые дифрешетки (первый и третий тип) не фокусируют по вертикали (параллельно штрихам) - дают "ленту" спектра в лучшем случае равную высоте щели.
 Поэтому удивился - как в  коллимированном пучке по схеме Мерсенна работает вогнутая дифрешетка ?

4. Можно ли выпуклое вторичное зеркало заменить плоским, а в неколлимированный пучек поставить дифрешетку Роуланда (за фокусом Ньютона) ?
Можно ли при этом в "фокусе" решетки Роуланда ставить обычную плоскую фотоприемную матрицу (например, при радиусе кривизны решетки 500 мм снимать на Кэнон с матрицей 22х14) ?

[voiserg]

Так делайте из параболы 300 1:5, они копеечные.

Правда ?
Сколько копеек и где ?

К тому же, остается вопрос, за сколько, где и какую вторичную параболу купить к первичной ?
В перечне основных схем телескопов выпуклая вторичная парабола есть только в схеме Мерсенна
http://www.tydexoptics.com/ru/products/high_presicion/astro_optics/

[Алексей Юдин]

80 труба в сборе, купить можно у любого дилера SW, она и на прибор пойдёт. На добе сотка.

А вторичку можно сферическую взять - для 50 мм выходного пучка почти дифракционка получится. Конечно, подпортится поле, но нужно ли оно? А если недопараболический Ньютон купите, то ещё лучше будет.

[voiserg]

Около сотки труба в сборе, купить можно у любого дилера SW, она и на прибор пойдёт.

Можно конкретнее адрес "любого дилера" с этой ценой ?
Насколько я понимаю, в лучшем случае это будет в Китае,  за доставку в Россию возьмут как минимум еще столько же (про доставку ко мне в Осколково вообще молчу).
Или я ошибаюсь и слишком доверчиво отношусь к ценам на 300-ки в астромагазинах и на барахолках форумов ?

А вторичку можно сферическую взять - для 50 мм выходного пучка почти дифракционка получится. Конечно, подпортится поле, но нужно ли оно? А если недопараболический Ньютон купите, то ещё лучше будет.

Насколько я понял Ваш термин "недопараболический Ньютон" - это со сферическим ГЗ, которое упомянул в начале темы ?

[Алексей Юдин]

Нет, сферический не подойдёт, нужен именно недопараболический, т.ё. эллиптический, в районе 0,86, со Штрелем  около 0,75 по чистой сферичке. А до сферического это уже пропасть.

[voiserg]

Предлагаю считать, что это чудо-юдо зеркало при диафрагмировании с 350 на 300 мм проходит как околоэллиптическая недо-парабола
Место встречи изменить нельзя или возвращение в подвал ВАГО
ПО крайней мере, купил его по недо-копеечной цене (в столичных номиналах).
Если не так - просьба к Фиделю (или другим умельцам и знатокам зеркального дела) поправить.

[Алексей Юдин]

Тут надо смотреть интерферограмму, её же для начала и задиафрагмировать.

[voiserg]

Надеюсь, что у Фиделя глаз = интерфероглаз и он по отснятой им теневой сможет сказать свое веское мнение насчет применения этого зеркала в заявленных здесь специфических целях.

А пока хочу обсудить последующую часть схемы:
 - ставить коллимирующее недопараболически-сферическое выпуклое вторичное зеркало в комплекте с обычной (плоской профилированной) дифрешеткой (предусматривая в дальнейшем теле-фото-объектив) или с цилиндрически-вогнуто-монохроматороной, как в Орионе (все еще не пойму, как она фокусирует в двух измерениях и можно ли применить с ней плоскую фотоматрицу) ?
- или ставить плоскую вторичку с дифрешеткой Роуланда после фокуса Ньютона ( и подойдет ли в этом случае цилиндрически вогнутая с плоским полем или монохроматорная) ?

Во втором случае у меня получается существенная экономия:
- плоская вторичка дешевле выпуклой (и она у меня уже есть);
- не нужен теле-фото-объектив (у меня есть Юпитер 21, но он уже задействован).
На сэкономленные средства смогу (может быть) купить две дифрешетки вместо одной - для их одновременного использования на сетапе в моих специфических целях.

С другой стороны, плоские дифрешетки у меня тоже есть (600 и 1200 лин/мм), но они слишком большие (основа 170х170 мм) и тоже уже задействованы.

[Алексей Юдин]

Если тонкие поляризационные эффекты в эксперименте существенны, то зеркал с защитой под большими углами лучше избегать.

[voiserg]

В моих спектроскопических экспериментах поляризационные эффекты настолько тонкие, что становятся существенно заметными только при переотражении спектра самой дифрешеткой как зеркалом
Бесщелевой спектроскоп с дифрешеткой в апертуре - БАССК

Употребление плоской вторички и "фокуса Ньютона" вовсе не означает, что вторичка будет наклонена.
Во всех перечисленных выше случаях вторичку можно поставить поперек оси, направив свет на дифрешетку на оси пред ГЗ, а вынос изображения за пределы апертурного цилиндра происходит естественно - под углом нормальной дифракции (порядка 40-45* для 1000-1200 лин/мм и оранжевого дублета натрия 589 нм).
"Фокус Ньютона" означает лишь то, что в схеме с дифрешеткой Роуланда (и может быть с другими вогнутыми ?) не нужна коллимация пучка по схеме Мерсенна.

К тому же, в моих экспериментах по спектроскопическому определению скорости звезд  деформация цветовой интенсивности спектра на защите зеркала не играет существенной роли - главное чтобы сами линии выделялись достаточно четко.

[voiserg]

Пока нет ясного неба, а есть время, вернулся к схеме Ориона (через 10 месяцев, на этапе натурного макетирования).
ГЗ пока взял от моего SW 130/650 (ООО=5 - такое хе как у имеющегося большого зеркала 350/1650, хотя его придется диафрагмировать до 300, увеличив ООО до 5.5.).
Вторичное зеркало напылено на линзе D=52, радиус кривизны R=500, т.е. фокус вторички F2=250 мм.
Установил ее в пластиковом стакане на алюминиевую "снежинку" - кухонную подставку - вместо "паука".
ГЗ прикрепил на 3 точки к алюминиевому каркасу от динамика 10ГД43, потом на решетку-гриль от микроволновки, в центре которой 3-е зеркало (плоское, напылено  на оконной полировке 5 мм и обрезанное а-ля эллипс с малой осью 50 мм), на поворотном кронштейне с регулируемым углом наклона (позже вместо этого зеркала будет установлена дифрешетка).
Все это прикрепил к корпусу пылесоса "Ракета", он жестче китайских жестянок и короче - длина 370 при диаметрах 170/180 (спереди и сзади разный), да еще и с кольцевой перемычкой внутри для жесткости, обеспечив расстояние от ГЗ до вторички поряка 650-250=400 мм, чтобы фокусы ГЗ и вторички совместились и вторичка давала коллимированный пучек.
Получился вот такой макетный сетап.
Думаю, что аналогично схему Мерсенна сравнительно несложно реализовать на МАК-Синтах 125 и других телескопах, где фокусировка производится неплоским вторичным зеркалом.

[voiserg]

"Первый свет" при  долгом отсутствии ясного неба давал от наземных фонарей, которые использую и для калибровки имеющихся уже спектроскопов (расстояние 1,2 км).
Понятно, что для телескопа по схеме Мерсенна, со вторичкой, дающей коллимированный пучек (параллельных лучей) , нужно вместо окуляра применять еще один телескопчик (я взял искатель от SW) или фотокамеру с объективом (т.е. фотосьемка как в "окулярной проекции" обычного телескопа).
В приложении кадры при съемке Кеноном 400 с фокусом объектива 55 и 80 мм.
Специально постараляся сделать кадры, к которых совмещаются картинка от телескопа (вид во вторичном зеркале), с картинкой без участия оптики телескопа (мимо вторичного зеркала в апертуре сразу на плоскую диагональ и в кадр).
Видно, что соотношение размеров на кадре натура/телескоп 1:2,7 равно соотношению фокусов вторички и ГЗ 250:650, а размеры между кадрами отличаются в 1,5 раза, как и фокусы объектива Кенона.
Значит, для того чтобы получать большое разрешение на кадрах, нужен длиннофокусный объектив (с учетом увеличения самого телескопа в схеме Мерсенна). Например, объектив с фокусом 200 мм даст кадр, эквивалентный кадру в прямом фокусе обычного телескопа с фокусом 200*2,7=540 мм.
У меня есть труба 300/6 - попробую совместить ее с Canon 400 или QHY5.

[ysdanko]

Хочу сделать аналонгичный спектрометр на основе сферического зеркала диаметром 300-350 мм светосилой 5 (фокусом 1500-1750 мм).
Но перед этим хочу обсудить подробности .

1. В системе Мерсенна предусмотрено два параболических зеркала - главное вогнутое и вторичное выпуклое.
Если ГЗ сфера - то каким должно быть вторичное (не используя линзовый корректор) ?

Для спектрометра в параллельных пучках (система Мерсена), это уже не главное, Вы будете по определению ограничены узким полем... НО! если поймали объект, то и "карты" вам в руки... Конечно может быть потеря в предельно обнаруживаемых объектах, за счет того что оптика не все собрала "на пиксель" из-за несовершенства оптики и размера фотоприемника (пикселя).
 НО! Ведь для конкретной звезды (точечного объекта) можно забыть о современных изысках, типа-весь спектр на кадр, а сделать механическую сканирующую систему, и прописать спектр с помощью ФЭУ, которому вообще по барабану качество оптики, поскольку все фокусируется на чувствительную площадку фотокатода, которая может быть диаметром и 10000 мкм  , а не 3-4 микрона, как у современных фотоматриц, чувствительность которого (ФЭУ) в принципе не достижима фотоприемниками с эффективной площадью измеряемой единицами микрона...

[voiserg]

Ведь для конкретной звезды (точечного объекта) можно забыть о современных изысках, типа-весь спектр на кадр,

К современным изыскам Вы относите эшеле-спектрограммы ?
Я "забыл" о ВСЕМ спектре изначально, когда начал делать астроспидометр - интересуюсь только областью оранжевого дублета натрия 589 нм (как на RVS GAIA интересуются только красной областью с линиями кальция).
Кстати, на основе спектральной лампы ДНаС 18, объектива Юпитер 21 в качестве коллиматора и тушки Зенита ЕТ со щелью и затвором сделал калибратор для своих спектроскопов БАССК и SpectRoyal.
Думаю, что и здесь тоже удастся совместить измеряемый спектр с калибровочным , направив его через зеркало в коллимированный пучек между вторичкой и дифрешеткой, которая будет на месте нынешнего диагонального зеркала, или вообще в апертуре на самом входе (тогда вроде бы меньше потери основного светопотока).

[ROVIAN]

Можно конкретнее адрес "любого дилера" с этой ценой ?

https://astronom.ru/product/opticheskaya-truba-sky-watcher-bk-p300-otaw-dual-speed.html

[voiserg]

Во-первых, там примечание, что такой трубы нет на складе с июня 2017 года
ВО-вторых, если кто-то считает этот товар настолько "копеечным", что его можно заказать и купить для того, чтобы использовать для рассматриваемой в этой теме схемы Мерсенна (а пригодится только ГЗ с пауком и видоискатель) - я за него рад.
Сам я уже приобрел ГЗ 350/1650 с устраивающим меня соотношением цена-качество.
Из любопытства интересуюсь, могут ли готовые серийные или самодельные мак-кассегрены, ричи-кретьены и подобные им без существенных переделок работать в режиме схемы Мерсенна, чтобы использоваться в качестве коллиматора перед дифрешеткой в бесщелевом спектроскопе?

[voiserg]

Удалось совместить две имеющиеся трубы F300/6 (какого-то оптоприбора по имени КА-2 на альт-аз стойке) с ч/б камерами QHY5 и прицепить к "Ракете", в которую вместо третьего (диагонального) зеркала (перед ГЗ) поставил дифрешетку 40х30, 1200 лин/мм.
Получилась вот такая "крылатая ракета", которая становится на EQ3.
Отснял первый спектр того же  натриевого прожектора, удаленного на 1,2 км, по которому калибровал БАССК и SpectRoyal (для звезд по-прежнему нет погоды).
Получил для натриевого дублета 5890/96 Ангстрем расстояние между линиями (поглощения) 66 пикселей, то есть масштаб дифракции 6/66=0,091 Ангстрем на пиксель.
Теперь нужно подумать, как прицепить "третью ступень" - портативный бортовой калибратор.

[voiserg]

Удалось пристыковать  калибратор (снизу) и гид (сверху) с системой диагональных зеркал (на каркасе спереди). Прибор стал внешне похож не на многоступенчатую ракету, а на модульную орбитальную станцию .
Вес основной трубы с двумя боковыми поменьше - 6,5 кг, вес калибратора 2 кг и  гид с каркасом и зеркалами еще 1,5 кг = всего 10 кг.
Для балансировки пришлось удлинить штатный противовес на EQ3.

По звездам "пострелять" все еще не удалось, а испытания по калибратору дали разрешение порядка 5000, что вдвое меньше чем на SpectRoyale в чемоданном исполнении (там разрешение порядка 10000) и по масштабу дифракции (0,09 Ангстрем на пиксель против 0,05 соответственно).

Поэтому для астроспидометрии буду по-прежнему использовать SpectRoyalCase , а экспериментальный Орион скорее всего переделаю на меньший масштаб дифракции , поставив пару Кенонов со штатными объективами - для получения цветных обзорных спектров. Тогда калибратор с диагональными зеркалами можно снять, облегчив сетап.