Телескоп-рефлектор, новая схема?

[INPan]

Спасибо всем, принявшим участие в обсуждении данной конструкции, не пожалевшим на это своего драгоценного времени!
Думаю пора подвести итог.
Предпологаемые мной проблемы при создании этой  конструкции к моему глубокому сожалению подтвердились.
Это и сложность изготовления плоского диагонального зеркала с отверстием и большие проблемы с его разгрузкой, которые растут в геометрической прогрессии с ростом апертуры. Чем больше апертура, тем труднее будет добиться дифракционного качества. Некоторые из описанных участниками обсуждения сложности я неучёл, хотя должен был предвидеть:
- точность 1/20 длины волны - это уже серьёзно! В обычных Ньютонах к точности диагонального зеркала не предъявляются столь строгие требования т.к. оно находится достаточно близко к фокальной плоскости и чем оно ближе, тем более оно может быть неточным. Таким образом в Ньютонах всё зависит от главного зеркала. Точность ГЗ в 1/8 лямбда вполне достаточна для идеального изображения. В моей схеме диагональное зеркало начинает портить волновой фронт уже на входе в трубу, далее окончательно его "добивает" главное зеркало. И если подвеска диагонального зеркала за отверстие не решит проблему разгрузки, то я вообще не представляю как его разгружать. Неудачная разгрузка может вызвать жуткий астигматизм т.к. зеркало эллиптическое и при его положениях отличных от строго вертикального оно будет сворачиваться или разгибаться вокруг малой оси. Выход тут один - убирать лишнее стекло с краёв зеркала. А альтернативы подвеске его за центральное отверстие я не вижу. Традиционная схема разгрузки на энное количество точек не подходит. Ведь оно может оказаться как "лицом" вверх, так и вниз. Короче без серьёзного расчёта здесь не обойтись.

INpan! Идея замечательная! ....Тут будет другая проблема. Как просверлить дырку в плоском зеркале не завалив края отражающей поверхности зеракла. ... Очевидно надо будет высверливать дырку полым цилиндром. И затем полировать зеркало вместе с высверленной центральной частью. Тогда завала не будет.

Спасибо! Да, технология, думаю, будет именно такая. Только вот контроль точности - вот где проблема. Интерферренционный метод потребует наличие второй эталонной плоскости, а где её взять любителю?

Но если совместить главную оптическую ось телескопа с полярной осью, а диагональному зеркалу позволить менять угол наклона, то может значительно упроститься монтировка телескопа, системы разгрузки зеркал, башня и т.д. Часовой привод по сути только вращает телескоп вокруг оси. А другую координату мы ловим меняя наклон плоского зеркала. По этому сложности с плоским зеркалом могут компенсироваться упрощением всего остального.
В таком виде у этой системы есть один очень большой плюс - неподвижный фокус, где можно установить неподвижно большой спектрограф, который может оказаться намного больше самого телескопа.

Это получится солнечный телескоп. Фокус у него будет конечно неподвижный, но вращающийся. Чтобы он не вращался придётся крутить весь телескоп вместе с оборудованием, установленым на нём. Для того, чтобы такому телескопу были доступны объекты с большими склонениями придётся делать диагональное зеркало в виде очень сильно вытянутого эллипса, разгрузка которого станет вообще невозможной. И всё равно полярная область неба останется недоступной.
Раз пошла такая пьянка...   делаем следующее:
Ставим телескоп как Вы предлагаете главным зеркалом на землю, ну не на землю конечно, а на устройство, которое будет его вращать со скоростью суточного вращения Земли. Второй конец подпираем стойкой с роликами. По роликам, разумеется будет катиться не сама труба, которая не всегда бывает круглой формы, а стальное кольцо, в котором жёстко закреплена труба. Рядом с входным диагональным зеркалом ставим ещё одну диагональ такого же размера. Она будет вращаться вокруг оси, проходящей через центры обоих диагональных зеркал. Т.е. вокруг оси склонений. Таким образом мы получаем доступ ко всему небу. Причём львиная доля веса всей конструкции находится в весьма устойчивом состоянии. Такой конструкции не помешает даже достаточно сильный ветер. Нерешённой остаётся только проблема с разгрузкой зеркал. С изготовлением всё решено: зеркало, которое нельзя изготовить за большие деньги можно изготовить за очень большие деньги.
Достоинства данной конструкции очевидны: наличие всех качеств экваториальной монтировки при её полном отсутствии.   А ведь это и есть та самая мобильность.
Правда получается три отражающих поверхности, но ведь в Кассегренах с диагональным зеркалом перед окуляром тоже три поверхности.

Два больших точных  зеркала, которые нужно как-то закрепить. И не тешьте себя надеждой, что закрепление диагонального зеркала за отверстие решит все проблемы. В какой-то мере облегчит, да, но и только. ... А запотевание – ведь зеркало то почти наруже?!
И ради чего это все? Только чтобы убрать растяжки и уменьшить центральное экранирование? Так это более эффективно можно решить и другими способами…
В общем, идея интересная, но непонятно в чем ее новизна – солнечные телескопы по такой схеме работают уже не один десяток лет, но у них своя специфика…

А действительно, как эти зеркала правильно разгрузить, кроме как зацепить за дырку и убрать лишнее стекло? Может есть какие идеи?
А новизны тут особой конечно нет. Просто это специализированный телескоп для планет, Луны и Солнца. Согласитесь, достаточно широкая область применения.

...Но почему никто не отметил интересную особенность: в данном случае труба является осью склонений, то есть не нужны грузы, ниже требования к жесткости монтировки ...

… попробуйте представить себе это в металле.  Если делать трубу осью склонений, то здорово «полезет» масса и самой трубы и всего узла: увеличенная толщина стенок трубы; подшипники; конструкция, несущая эти подшипники; узел крепления этой конструкции к полярной оси. И все это довольно внушительных габаритов для относительно скромного 150 миллиметрового главного зеркала. Так что требования к жесткости монтировки, думаю, значительно повысятся, даже если и не применять противовесов.   Ну а противовесы все равно понадобятся,  если Вы захотите что-либо дополнительно отцеплять-прицеплять к трубе.  

Труба любого телескопа расчитывается на установку достаточно массивных элементов в её противоположных концах. Помимо этого она должна крепиться хомутами к платформе оси склонений. Если труба достаточно устойчива к нагрузкам в традиционной монтировке, то и в предложенном Михаилом варианте всё будет в порядке. А решить проблему с её вращением и при этом с сохранением жёсткости - это дело техники. У меня уже на этот счёт есть мысль, но "на пальцах" это к сожалению не объяснишь. Надо нарисовать. А это уже совсем другая тема. И поверьте, в весе труба прибавит не значительно. Вес будет большим, если мы будем с помощью данной конструкции заниматься астрометрическими измерениями. А такая цель и не ставилась.

[Ernest]

В обычных Ньютонах к точности диагонального зеркала не предъявляются столь строгие требования т.к. оно находится достаточно близко к фокальной плоскости и чем оно ближе, тем более оно может быть неточным.

Это не совсем так - поскольку в большинстве своем малая полусь диагоналки Ньютона лишь на немного меньше полудиаметра осевого пучка в точке излома оси. Т.е. в длинах волн абсолютные требования к точности как малой (Ньютон) так и большой (предлагаемая схема) диагоналки близки. Фатальными эти требования не назовешь, все дело только в разности диаметров на которых эти точности надо реализовывать. Однако, висит же на стенке в каждой приличной оптической мастерской плоское зеркало 300-400 мм для автоколлимации, требования к точности изготовления которого еще жеще.

В моей схеме диагональное зеркало начинает портить волновой фронт уже на входе в трубу, далее окончательно его "добивает" главное зеркало.

Это да - допуск на ошибки волнового фронта, который в обычном Ньютоне почти целиком относился к главному зеркалу теперь должен будет распределен на два зеркала. Но и это не так уж страшно - двухзеркальные системы известны и не только в расчете. Начиная от банального Кассегрена и Грегори (вчастности в варианте апланата по схеме Максутова со сравнимыми по диаметру вогнутыми зеркалами) и кончая такой экзотикой как зекальный Шмидт!

Неудачная разгрузка может вызвать жуткий астигматизм т.к. зеркало эллиптическое и при его положениях отличных от строго вертикального оно будет сворачиваться или разгибаться вокруг малой оси.

Проблемы с астигматизмом будут, но они связаны не столько с эллиптичностью зеркала, сколько с его диагональной природой. Обычные прогибы, которые приводят к легкой сферичности приведут в наклонных пучках к появлению астигматизма.

Традиционная схема разгрузки на энное количество точек не подходит. Ведь оно может оказаться как "лицом" вверх, так и вниз. Короче без серьёзного расчёта здесь не обойтись.

Это не так. Именно традиционная схема подвески, отличающаяся довольно большим запасом по жесткости и должна быть реализована. Что касается положений "лицом вниз" - они обходятся, если точки крепления делать на клею (силикон).

Ну и, наконец, отчего такой экстремизм? Почему надо ломать ось строго на 90 градусов? Схема станет значительно проще и технологичнее во всех отношениях при изломе оси на больший угол, типа 150-170. При этом фронтальной зеркало можно будет сделать круглым - лишь немного большего диаметра, чем главное.

[Максим Гераськин]

А чтобы был планетник - в диагональном зеркале проделывать только ма-а-а-а-аленкую дырочку  

[Mihail Sedyh]

Дискуссия развернулась не на шутку...

Возьмёшь меня в соавторы?  

Игорь, да без проблем, милости просим.

Попробую я тоже резюмировать:
Рассмотрим исходную схему:
Преимущества:
1. Минимизация ЦЭ (ну и растяжки тоже). В пределе ЦЭ равно линейному полю зрения.
2. Простота введения разнообразных объетивов переноса, полевых корректоров, приемников  и т.д. без изменений основной части конструкции.
3. При увеличении светосилы сложность изготовления (размер) диагонального зеркала уменьшается, правда ЦЭ тоже, но в меньшей степени из-за близости  к фокальной плоскости ( разумеетмя при том же линейном поле).
4. Если труба является осью склонений, выигрываем на характеристиках монтировки (при увеличении размера инструмента выигрыш увеличивается).

Недостатки:
1. Сложность(дороговизна) изготовления диагонального зеркала.
2. Высока точность и нетрадиционная конструкция механической части монтировки. Думаю более оптимальным будет вращение по склонению только "диагонально - окулярного" узла ( ну, Игорь, не мне тебе рассказывать про подшипники большого диаметра). Правда при этом  несколько усложниться юстировка....
3. Неудобство расположения окуляра. (Зависит только от длины трубы).

Ну и по дискуссии:

А альтернативы подвеске его за центральное отверстие я не вижу.

Навскидку могу предложить приклеить ее герметиком по краю к плоской "шайбе" с значительным облегчением центральной части или вообще сотовую структуру. (Конечно желательно подобрать материалы с минимальной разницей ТК).

Схема станет значительно проще и технологичнее во всех отношениях при изломе оси на больший угол, типа 150-170.

А как быть с засветкой фокальной плоскости?

Но если совместить главную оптическую ось телескопа с полярной осью,...

Фокус у него будет конечно неподвижный, но вращающийся. Чтобы он не вращался придётся крутить весь телескоп вместе с оборудованием, установленым на нём.

Игорь, честно говоря не понял.....
... и чем предложение lorka отличается от

Ставим телескоп как Вы предлагаете главным зеркалом на землю, ну не на землю конечно, а на устройство, которое будет его вращать со скоростью суточного вращения Земли. Второй конец подпираем стойкой с роликами. По роликам, разумеется будет катиться не сама труба, которая не всегда бывает круглой формы, а стальное кольцо, в котором жёстко закреплена труба.

Раз пошла такая пьянка...    делаем следующее:
....
Рядом с входным диагональным зеркалом ставим ещё одну диагональ такого же размера. Она будет вращаться вокруг оси, проходящей через центры обоих диагональных зеркал. Т.е. вокруг оси склонений. Таким образом мы получаем доступ ко всему небу.

Боюсь это уже перебор.....

А новизны тут особой конечно нет. Просто это специализированный телескоп для планет, Луны и Солнца. Согласитесь, достаточно широкая область применения.

Хм, Игорь, посмотри выше достоинства 3,4 и недостаток 3. Я бы сказал, что лучше всего получится БОЛЬШОЙ! светосильный(короткофокусный)! широкоугольный! АСТРОГРАФ! (если добавить корректор поля).

[Ernest]

>>Схема станет значительно проще и технологичнее во всех отношениях при изломе оси на больший угол, типа 150-170.
>А как быть с засветкой фокальной плоскости?

Не очень большая проблема. Решается подбором грамотного угла излома, блендами и экранами. См. схему зеркального Шмидта. Посмотрите - в Кассегренах она решается при изломе на 360 (фокусер смотрит прямо в сторону объекта).

[Mihail Sedyh]

Посмотрите - в Кассегренах она решается при изломе на 360 (фокусер смотрит прямо в сторону объекта).

Я не могу себе представить бленду, подобную Кассегреновской, удовлетворительно работающую одновременно в двух пучках с углом между ними 10-30*. Хотя, конечно, в данном случае можно применить бленды уже за диагональным зеркалом ценой увеличения выноса (и ЦЭ соответственно).

Да и труба тогда получится довольно хитрой формы....

[Mihail Sedyh]

Я бы сказал, что лучше всего получится БОЛЬШОЙ! светосильный(короткофокусный)! широкоугольный! АСТРОГРАФ! (если добавить корректор поля).

Кстати, как вам вариант камеры Райта по такой схеме?

[Платонов Вячеслав]

Если сделать зеракало с дыркой вогнутым пароболическим, то размер глухого фокусирующего зеркала уменьшится и мы получим выигрыш в относительном отверстии телескопа в два раза (если фокусы обоих зеркал будут равны). Для астрографа и мобильного телескопа это только в плюс. Возникнут ли сферические аберации при отражении от вогнутого параболического зеркала с дыркой это вопрос?  И конечно, изготовить параболическое зеркало диаметром больше 250мм задача трудная.

[Mihail Sedyh]

Если сделать зеракало с дыркой вогнутым пароболическим, то размер глухого фокусирующего зеркала уменьшится и мы получим выигрыш в относительном отверстии телескопа в два раза (если фокусы обоих зеркал будут равны). Для астрографа и мобильного телескопа это только в плюс. Возникнут ли сферические аберации при отражении от вогнутого параболического зеркала с дыркой это вопрос?  И конечно, изготовить параболическое зеркало диаметром больше 250мм задача трудная.

Уважаемый,  platonov, видимо что-то я отупел к вечеру сильно (день был тяжелый)., но из Вашего сообщения понял только последнее предложение.   Не могли бы Вы растолковать свою мысль поподробнее...

[Платонов Вячеслав]

В обсуждаемой схеме телескопа есть плоское зеркало с дыркой и есть вогнутое сферическое (оно играет роль главного зеркала телескопа).  Диаметры обоих зеркал должны быть одинаковы.  Размер главного зеркала и его фокусное расстояние определяет относительное отвестие телескопа.   Если сделать зеркало с дыркой вогнутым  с фокусом равным фокусу главного зеркала  то можно сделать трубу в два раза короче, главное зекало будет примерно в 2 раза меньше при той же апертуре телескопа.  Делать зеркало с дыркой делать сферическим конечно нельзя из-за возникающих в этом случае абераций. А вот пароболическим можно, степень приближения кривизны этого зеркала к параболе определит аберации всего телескопа. И здесь будут трудности, поскольку изготовить параболическое зеркало большого диаметра сложно.  Конечно, такой телескоп нуждается в тщательном расчете.  

[Mihail Sedyh]

То есть Вы предлагаете сделать наклонное зеркало с рельефом, соответствующим куску параболоида вращения с таким расчетом, чтобы главное зеркало лежало по направлению к фокусу этого параболоида? В этом случае сложность его изготовления мне трудно себе представить.... Или Вы предлагаете придать ему форму, формирующую волновой фронт эквивалентный осевому пучку от параболического зеркала (что-то вроде эллиптического параболоида)? Что в общем ничуть не легче изготовить....
Или Вы вообще имеете в виду какую-то схему, кардинально отличающуюся от первой картинки в этой теме?

[Платонов Вячеслав]

Я тоже начинаю тупить, пойду-ка лучше домой.  
Конечно имеется в виду первоначальная схема в которой зеркало с  дыркой вогнутое в форме параболоида вращения. Какое при этом  должно быть второе фокусирующее зеркало это вопрос.  

[sikoruk]

По схеме, предложенной INPan, в 30-е годы в Спрингфилдском клубе любителей телескопостроения был построен 400-мм солнечный телескоп. Автор проекта Рассел Портер. Построено довольно много таких телескопов. Об одном из последних писал Sky and Telescope в 90-е годы. Если не ошибаюсь, это был небольшой рефлектор с зеркалом 150 мм. К сожалению, у меня дома ремонт, поэтому не могу дать точные ссылки.

Ваш Л. Сикорук,

[INPan]

Ernest, спасибо Вам большое за комментарий!

Неудачная разгрузка может вызвать жуткий астигматизм т.к. зеркало эллиптическое и при его положениях отличных от строго вертикального оно будет сворачиваться или разгибаться вокруг малой оси.

Проблемы с астигматизмом будут, но они связаны не столько с эллиптичностью зеркала, сколько с его диагональной природой. Обычные прогибы, которые приводят к легкой сферичности приведут в наклонных пучках к появлению астигматизма.

А если всё же убрать лишнее стекло с краёв и подвесить зеркало за дырку можно ли справиться с астигматизмом?

Традиционная схема разгрузки на энное количество точек не подходит. Ведь оно может оказаться как "лицом" вверх, так и вниз. Короче без серьёзного расчёта здесь не обойтись.

Это не так. Именно традиционная схема подвески, отличающаяся довольно большим запасом по жесткости и должна быть реализована. Что касается положений "лицом вниз" - они обходятся, если точки крепления делать на клею (силикон).

Да, но в таком случае точки разгрузки будут фиксированы на поверхности зеркала и колебания температуры приведут к искажению того, за что мы собственно и "ломаем копья".
Ведь в классической схеме зеркало просто лежит на разгрузочных площадках.

Ну и, наконец, отчего такой экстремизм? Почему надо ломать ось строго на 90 градусов? Схема станет значительно проще и технологичнее во всех отношениях при изломе оси на больший угол, типа 150-170. При этом фронтальной зеркало можно будет сделать круглым - лишь немного большего диаметра, чем главное.

А чтобы использовать трубу телескопа в качестве оси склонений как предлагал Mihail Sedyh.
Малейшее отклонение от этого угла и мы ни когда не увидим в такой телескоп полярную область неба.

[INPan]

Ну и по дискуссии:

А альтернативы подвеске его за центральное отверстие я не вижу.

Навскидку могу предложить приклеить ее герметиком по краю к плоской "шайбе" с значительным облегчением центральной части или вообще сотовую структуру. (Конечно желательно подобрать материалы с минимальной разницей ТК).

Не, Миша, непойдёт! Клеить за края - это значит их фиксипровать. Пусть даже и на силикон. Он всё равно будет тянуть зеркало к центру/от центра при изменении температуры.
А вот на счёт материалов с минимальной разницей ТК, тут я согласен. Если зеркало будет приклеено к основанию из материала с таким же как и у зеркала температурным коэффициентом расширения, то тогда можно смело приклеивать его в нескольких точках по обычной схеме разгрузки. Ну на пример и зеркало и подложка из ситалла. Это будет ещё один плюс к стоимости конструкции.

Но если совместить главную оптическую ось телескопа с полярной осью,...

Фокус у него будет конечно неподвижный, но вращающийся. Чтобы он не вращался придётся крутить весь телескоп вместе с оборудованием, установленым на нём.

Игорь, честно говоря не понял.....
... и чем предложение lorka отличается от

Ставим телескоп как Вы предлагаете главным зеркалом на землю, ну не на землю конечно, а на устройство, которое будет его вращать со скоростью суточного вращения Земли. Второй конец подпираем стойкой с роликами. По роликам, разумеется будет катиться не сама труба, которая не всегда бывает круглой формы, а стальное кольцо, в котором жёстко закреплена труба.

А тем, что добавляется ещё одно диагональное зеркало. А lorka предлагает качать вокруг маой оси диагональ, что ограничивает обзор. Хотя может быть для планетника этого и достаточно достаточно - +/-45 градусов по склонению.

Раз пошла такая пьянка...    делаем следующее:
....
Рядом с входным диагональным зеркалом ставим ещё одну диагональ такого же размера. Она будет вращаться вокруг оси, проходящей через центры обоих диагональных зеркал. Т.е. вокруг оси склонений. Таким образом мы получаем доступ ко всему небу.
 Боюсь это уже перебор.....

Возможно. За то всё небо доступно. По этому поводу у меня ещё одна идея созрела. Возможно она будет жестоко раскритикована... Но это уже совсем другая история. О ней в другой теме.

А новизны тут особой конечно нет. Просто это специализированный телескоп для планет, Луны и Солнца. Согласитесь, достаточно широкая область применения.
Хм, Игорь, посмотри выше достоинства 3,4 и недостаток 3. Я бы сказал, что лучше всего получится БОЛЬШОЙ! светосильный(короткофокусный)! широкоугольный! АСТРОГРАФ! (если добавить корректор поля).

Да, тут ты пожалуй прав. Добиться дифракционного качества на больших диаметрах будет трудно. А по сему - астрограф.

[INPan]

Идея, которую изложил platonov мне очень понравилась. Параболическая дигональ - это мысль! Позволю себе развить его мысль:
Если диагональ параболическая, то зачем нам вообще второе зеркало?! Только одно параболическое диагональное зеркало с изломом оптической оси на 90 градусов и окуляр! Ни какого центрального экранирования, ни каких растяжек! Отражающая поверхность всего одна! Тут можно и АПО подвинуть!  В принципе ни чего нового, тот же брахит, только экстремальный. Правда я не представляю себе как можно натереть такое зеркало - кусок параболоида, да ещё и из довольно далёкой от оси области?  Довольно астигматичная поверхность. И всё же мне кажется оно будет гараздо дешевле АПО.

[INPan]

Идея, которую изложил platonov мне очень понравилась. Параболическая дигональ - это мысль! Позволю себе развить его мысль:
Если диагональ параболическая, то зачем нам вообще второе зеркало?! Только одно параболическое диагональное зеркало с изломом оптической оси на 90 градусов и окуляр! Ни какого центрального экранирования, ни каких растяжек! Отражающая поверхность всего одна! Тут можно и АПО подвинуть!  Представляете какой будет телескоп?!
В принципе ни чего нового, тот же брахит, только экстремальный. Правда я не представляю себе как можно натереть такое зеркало - кусок параболоида, да ещё и из довольно далёкой от оси области?  Довольно астигматичная поверхность. И всё же мне кажется оно будет гараздо дешевле АПО.
Интересно узнать мнение представителей НПЗ (Agas). Стоит ли серийно выпускать такие зеркала? Ведь всего лишь одна поверхность, правда жутко сложная. И всё же мне кажется не сложнее зеркалльного корректора Шмидта.

[INPan]

По схеме, предложенной INPan, в 30-е годы в Спрингфилдском клубе любителей телескопостроения был построен 400-мм солнечный телескоп. Автор проекта Рассел Портер. Построено довольно много таких телескопов. Об одном из последних писал Sky and Telescope в 90-е годы. Если не ошибаюсь, это был небольшой рефлектор с зеркалом 150 мм. К сожалению, у меня дома ремонт, поэтому не могу дать точные ссылки.

Ваш Л. Сикорук,

Леонид Леонидович, спасибо Вам большое, что откликнулись! Очень интересная информация!
Любопытно было бы узнать как работает на практике эта схема. У Вас, как я понял, есть журналы S&T, а возможно и ссылки на рессурсы Сети по этому вопросу?

[Максим Гераськин]

В принципе ни чего нового, тот же брахит, только экстремальный.

Брахит-то тут непричем.
Это еще более "ничего нового". Это схема Гершеля, только зачем-то очень сильно испорченная  

[INPan]

Да, но Гершель по видимому, не обращал внимания на аберрации, вызванные наклоном зеркала.