Зеркало телескопа

Зеркало телескопа

Зеркало телескопа служит для изменения волнового фронта в соответствии с требуемым назначением в оптической схеме. По своему размещению можно выделить доапертурные, апертурные (главные) и вторичные зеркала. К первым относятся зеркала, перенаправляющие плоский волновой фронт в объектив, вторые преобразуют плоский или близкий к нему волновой фронт в сходящийся, третьи перенаправляют сходящийся волновой фронт в фокальную плоскость. Большинство астрономических зеркал имеет наружное покрытие, но в некоторых катадиоптрических схемах (например, Манжена и Клевцова) применяются зеркала с внутренним покрытием, напыленным на поверхности соответствующих линз.

Доапертурные зеркала применяют в горизонтальных и вертикальных солнечных телескопах, где пара таких зеркал входит в состав целостата – устройства, следящего за небесной сферой при неподвижном телескопе. Точность зеркал должна быть в несколько раз выше точности всей последующей оптики, диаметр – на 150 – 200% превосходить апертуру, что не оправдывает экономически такую схему для любых других задач.

Главное зеркало – основной элемент зеркальных и катадиоптрических телескопов, от качества изготовления которого зависит качество создаваемого телескопом изображения. Отклонение поверхности от расчетной в телескопе рефлекторе не должно превышать 1 /8 длины волны используемого света, для катадиоптрического этот допуск жестче.

Вторичные зеркала используются в рефлекторах и катадиоптриках различных схем, где они отражают сходящийся волновой фронт вбок или назад, точность их, за исключением плоских зеркал, может быть в два раза ниже, чем у главных.

Разновидностью вторичных зеркал являются диагональные, устанавливаемые непосредственно в фокусировщик телескопов без излома оптической оси с целью облегчения наблюдений при большом угле возвышения объекта. Диагональное зеркало отклоняет оптическую ось на 90 градусов и меняет местами две стороны изображения.

Основными параметрами любого зеркала являются диаметр, фокусное расстояние (у плоских оно равно бесконечности), и форма, которую численно характеризует эксцентриситет. Существующие методы контроля для своего успешного применения требуют, чтобы лицевая поверхность зеркала представляла собой поверхность, полученную вращением вокруг оси одной из следующих кривых: окружность (сферическое зеркало, эксцентриситет ноль), эллипс (эксцентриситет от ноля до единицы), парабола (эксцентриситет единица), гипербола (эксцентриситет больше единицы). Кроме того имеет ограниченное применение (в системе Райта) главное зеркало с эксцентриситетом минус единица, но из-за трудностей контроля распространения такие телескопы не получили.

Стоимость готового зеркала слагается из стоимости заготовки, обработки и покрытия. Стоимость заготовки быстро растет с увеличением диаметра и для крупных зеркал может являться основной. Стоимость обработки примерно пропорциональна диаметру зеркала, кубу его светосилы – отношения диаметра к фокусному расстоянию, и, кроме того, возрастает с повышением эксцентриситета. При умеренных светосилах плоское зеркало всегда дороже вогнутого или выпуклого.

Кроме того, следует учитывать, что оснастка любого оптического производства рассчитана на выпуск своих типоразмеров зеркал, поэтому заказ несерийного изделия может обойтись в несколько раз дороже вне зависимости от его параметров.

Доапертурное и главное зеркало телескопа делается из заготовки, которая должна быть специально отлита из стекла, кварца, ситалла или пирекса с тщательным соблюдением температурного режима(т.н. отжиг). Смысл отжига состоит в устранении внутренних напряжений, которые в противном случае высвобождаются при обработке и приводят к остаточной деформации зеркала.

Для небольших зеркал диаметром до 300 - 400 мм допускается вырезание заготовки из стеклянного листа, к которому предъявляются те же требования, что и к литой. Ограниченное коммерческое применение находят двухслойные заготовки.

Металлические зеркала в настоящее время используют в телескопах специального назначения и на открытом рынке они не встречаются. Преимущество металлических зеркал – отсутствие коробления при изменении температуры, что означает немедленную готовность телескопа к работе в различных условиях.

К недостаткам же следует отнести трудность полировки и худшую чистоту поверхности по сравнению со стеклами, больший в 2 - 3 раза вес (кроме алюминия) и уменьшение коэффициента отражения со временем вследствие окислительных процессов. К материалам металлических зеркал относятся алюминий, зеркальный сплав на основе мышьяковистой бронзы, бериллий, различные марки нержавеющей стали.

Толщина заготовки в среднем составляет 1 /12 – 1/8 диаметра.

После получения заготовки будущее зеркало телескопа сначала фрезеруется под нужное углубление, затем подвергается обдирке – грубому приданию сферической формы лицевой стороне. Операция проводится на шлифовально-полировальном станке путем возвратно-поступательного перемещения медленно проворачивающегося шлифовальника по заготовке, закрепленной на вращающемся шпинделе. Шлифовальник представляет собой сопряженную зеркалу выпуклую поверхность (в оптической терминологии “гриб”), полученную черновой обработкой металлического диска.

Между заготовкой и шлифовальником непрерывно подается определенное количество воды с крупным абразивом, сошлифованные стекло, металл и измельченный абразив образуют шлам, который периодически удаляется из зоны контакта. В целях предотвращения деформаций зеркало должно опираться не напрямую на шпиндель, а лежать на специальной многоточечной разгрузке, состоящей из подвижных коромысел, касающихся тыльной стороны двумя или тремя точками каждое. Коромысла подвижно соединяются так, чтобы система опиралась на шпиндель только тремя точками. Схема разгрузки зависит от материала заготовки, её толщины и удельного давления в зоне контакта.

Обдирка завершается после придания заготовке и шлифовальнику равномерной матовости, после чего снимают фаску и переходят к шлифовке. Последовательность операций та же самая, но абразив берут более мелкий, в результате чего матовость получается тоньше. Процесс повторяется со все более мелкими номерами абразива до получения полузеркальной поверхности, после чего приступают к полировке.

Полировка крупного зеркала – ответственный процесс, до сих пор требующий ручного контроля. Изготавливается полировальник – основание равного или меньшего диаметра, которое заливается специально сваренной оптической смолой, образующей поверхность, сопряженную зеркалу. Для предотвращения царапин от случайно попавшего абразива в смоле прорезается сеть сообщающихся канавок. Полирующее средство – как правило, это полирит на основе оксида церия – наносится в виде водного раствора на зеркало и пристает к полировальнику. Полировку ведут аналогично шлифовке, с непрерывным добавлением раствора полирита, до получения полностью зеркальной поверхности.

На этом этапе основной задачей ставится выведение царапин, оставшихся после шлифовки. Сетка тонких царапин, вызывая дифракцию, критична для контраста создаваемого зеркалом изображения. Сполировать их все, не посадив новых, настолько трудно, что на поверхности первоклассного зеркала допускаются царапины суммарной длиной до двух его диаметров.

Затем приступают к контролю получившейся поверхности. Исторически первым способом оценить реальный профиль зеркала с требуемой точностью был теневой метод Фуко, но сейчас на большинстве оптических производств нашли применение интерферометрические методы.

Целенаправленно влиять на форму получаемой при полировке поверхности – в этом и состоит искусство оптика. Основными способами являются изменение характера движения полировальника по зеркалу(в оптической терминологии “штрих”), удаление с лицевой стороны полировальника части смолы в определенных местах (“подрезка”) местное устранение неравномерностей(“ретуширование”), в более радикальных случаях – перезаливка полировальника смолой другой марки. При работе лицевая сторона зеркала нагревается от трения, вследствие низкой теплопроводности стекла тыльная сторона остается холодной, что ведет к искажению получаемого профиля. Этот эффект устраняют отстаиванием всего зеркала до температуры окружающего воздуха перед каждым измерением.

После достижения требуемой формы с заданной точностью полировку прекращают.

Следующий этап – нанесение на зеркало отражающего покрытия. В большинстве случаев им служит слой алюминия, получаемый путем его испарения в вакуумной камере, в которую помещается зеркало. На алюминий может быть нанесен прозрачный защитный слой, препятствующий окислению. Ранее для этих целей применялось серебро, осаждаемое из раствора нитрата при реакции с глюкозой. Полученное таким способом покрытие быстро тускнело и в настоящее время оно применяется в единичных случаях. В ответственной аппаратуре применяют многослойное диэлектрическое покрытие, основанное на интерференции световых волн. Оно не изменяет своих свойств со временем и имеет коэффициент отражения до 95% против 88 у алюминия.

Технология получения вторичных зеркал аналогична описанной, за исключением плоских диагональных зеркал эллиптической формы. Как правило, они вырезаются из достаточно ровного листа, поэтому этапы обдирки и шлифовки не требуются. Но специфика вращательной обработки приводит к тому, что во избежание неустранимых искажений заготовку приходится обклеивать кусочками стекла той же толщины до круглой формы. Иногда совместно изготавливают несколько плоских зеркал, наклеенных на планшайбу с помощью оптической смолы.

При правильной эксплуатации зеркало телескопа может прослужить десятки лет.

Статьи по теме:

  1. Телескоп своими руками

    Телескоп своими руками Итак, все-таки решили строить телескоп своими руками? Тогда вам в помощь эта статья. Самостоятельное изготовление оптики требует тщательной проработки оснастки, на которую тратится едва ли не половина времени, но зато при соблюдении этого условия с высокой вероятностью будет положительный результат.

  2. Телескоп рефлектор

    Телескоп рефлектор Рефлектор – телескоп, создающий изображение в своей фокальной плоскости с помощью только зеркал. В настоящее время телескоп рефлектор – основной инструмент профессиональной астрономии и самые крупные телескопы выполнены именно по этой схеме.

  3. Виды телескопов

    Виды телескопов К настоящему времени развитие оптики и астрономии привело к разнообразию и применяемых систем телескопов. Виды телескопов различают по назначению, по применяемой оптической схеме и по устройству монтировки. По назначению телескопы бывают визуальные и фотографические, последние подразделяются на инфракрасные, телескопы видимого диапазона, ультрафиолетовые и рентгеновские.

Социальные закладки:

Комментарии к этой заметке больше не принимаются.



Рейтинг популярности - на эти заметки чаще всего ссылаются:

WalkSpace.Ru | Астрооборудование