Телескоп Бэйкера-Шмидта ХАО

[ZAP]

Позавчера была поставлена точка в мини-долгострое на ХАО –  пойман первый свет с новым телескопом. 
История началась несколько лет тому назад —  с идеи апгрейда  рефрактора Цейсса, установленного на городской территории Харьковской обсерватории.  В исходном состоянии,  параллельно трубе 200-мм цейссовкого рефрактора, были смонтированы 250-мм рефлектор  Ньютона (работы Н.П. Барабашова) и астрокамера под пластинки 13х18 см.  Ни рефлектор, ни камера не использовались по назначению с середины 90-х годов, по вполне понятным причинам. Поэтому было принято решение демонтировать оба инструмента, и заменить их чем-то более  современным.  Чем?  Хотелось бы иметь телескоп средней светосилы, ориентированный в первую очередь на работу с ПЗС приемниками, и  пригодный для астрометрических и  фотометрических работ. Исходить приходилось из того, что было под руками (или в пределах досягаемости ),  в  частности, была 400-мм заготовка под ГЗ из ЛК5.  После недолгого перебора возможных вариантов выбор пал на систему Бэйкера-Шмидта  (см. рис.)  Эту систему можно рассматривать как обычную камеру Шмидта (коррекционная асферическая пластинка +сферическое зеркало),  в схему которой добавлено выпуклое зеркало, имеющее радиус кривизны, равный радиусу кривизны главного зеркала.  Равенство радиусов позволяет исправить кривизну поля. Вторичное зеркало (через отверстие в центре ГЗ) выносит фокус системы наружу.  Главное и вторичное зеркала – сферические,  коррекционная пластина – плоскопараллельное окно из оптического стекла,  одна из плоскостей которого деформирована и описывается асферикой четвертого порядка. 

[ZAP]

Почему именно Бэйкер-Шмидт? Во-первых, система сравнительно простая -  три элемента, или четыре поверхности, из которых всего одна – сложная асферическая.   При этом, исправление аберраций на расчетном поле 50 мм (см. рис. ниже) -  очень даже неплохое.   Во-вторых, у этой  системы исправлена кривизна поля (=плоская фокальная поверхность), что немаловажно в эпоху  ПЗС- приемников. В-третьих, система “самоблендирующаяся“ – не нужны бленды/отсекатели,  фокальная плоскость и так надежно защищена от постороннего света.  В-четвертых, любой коротенький бочёнок  (типа Ричи и т.п.), ИМХО, совершенно не смотрелся бы рядом с трубой классического рефрактора.  И, в-последних - да  просто интересно было попробовать-  а что же может получиться?
Справедливости ради, стоит отметить и известные  недостатки системы Бэйкера-Шмидта - большое центральное экранирование -  ~ 0.5 по диаметру (не смертельно для фотографических систем),  возможные блики (”духи”) у ярких звезд-  из-за переотражения в корректоре, ну  и сравнительно длинная труба….

[ZAP]

Расчетные параметры  телескопа Бэйкера-Шмидта ХАО  - диаметр ГЗ 406 мм, радиус кривизны 2600 мм, вторичное зеркало- диаметр 180 мм, радиус кривизны 2600 мм, пластина-корректор- световой диаметр 360 мм,  толщина 18 мм, стекло К108. Максимальное отступление асферической поверхности пластины от плоскости – около 5 мкм. Эквивалентный фокус системы 2.3 м, невиньетированное поле зрения 50 мм (1.2 град.)

Сферическое главное зеркало было отшлифовано до расчетного радиуса кривизны, отполировано и  фигуризировано  с использованием обычных способов и средств контроля (нож Фуко, искусственная звезда).
Выпуклое вторичное зеркало,  на каждом из этапов тонкой шлифовки  главного зеркала,  пришлифовывалось к нему (для обеспечения  равенства радиусов), а полировалось и доводилось уже после завершения работ с главным зеркалом.  Вогнутая поверхность главного зеркала служила ''пробным стеклом '' для контроля выпуклой поверхности  вторички (см. фото).  Для рассматривания интерференционной картины плоская задняя поверхность вторичного зеркала была заранее отполирована.  Интерференционные полосы на фото (окончательный  теста вторички) не прямые, а слегка изогнутые, но важным фактором в данном случае является как раз плавность (равенство кривизны) полос, указывающая на отсутствие явных отступлений от правильной сферической формы - вроде завала края или зональных ошибок . 

[ZAP]

Последним и самым интригующим этапом работы с оптикой было изготовление пластины-корректора. Заготовка из изюмского стекла К108 (аналог К8) диаметром 380 мм была отшлифована и отполирована с обеих сторон (отступление от плоскости 2-3 кольца). Отсутствие клина контролировалось микрометром. После полировки заготовка была проверена на однородность показателя преломления напросвет - теневым методом,  с помощью длиннофокусного сферического  зеркала.
Работа по асферизации пластины  началась после нанесения отражающего покрытия на оба зеркала системы. Для контроля использовалась автоколлимационная схема с плоским зеркалом, при этом на скамье стационарно устанавливались и юстировались главное и вторичное зеркала, а пластина могла легко сниматься для ретуши  и точно устанавливаться обратно для контроля. Приятный плюс автоколлимационного контроля в данном случае - море света,  все зеркальные поверхности уже алюминированы!  
Начальное нанесение асферического рельефа выполнено  с помощью 6-ти лепесткового полировальника (“ромашка”), последующее сглаживание и уточнение формы поверхности  - с использованием полировальников малого и среднего размера. (0.1-0.5 диаметра пластины), местной ретуши и.т.д. и т.п..
Процесс асферизации иллюстрирует следующая пара фото. Слева – ронкиграмма  собранной схемы  ДО начала асферизации; справа -  финальная ронкиграмма. (Контрольная плоскость перекрывает только часть апертуры проверяемой системы, поэтому ронкинграммы имеют несимметричный контур; оптическая ось системы походит вблизи маленького блика в тени вторички).
На финальной ронкиграмме заметен приподнятый краешек (ширина 5-6 мм), вносящий ошибку амплитудой лям/3-лям/4 (по волновому фронту).  Этой  погрешностью,  равно как и слабой  остаточной “грампластинкой”, заметной на фокограммах,  я счел возможным пренебречь, учитывая, в частности, и то, что система все-таки предназначена для  фотографического использования.

[ZAP]

Параллельно с оптикой, усилиями коллег-энтузиастов, и при действенной поддержке дирекции  ХАО, была спроектирована,  изготовлена и установлена на монтировке труба нового телескопа. Труба рефрактора Цейсса, как видно и по  фото, целиком перенесена в новый средник  и смонтирована параллельно новой трубе.  Вес новой сборки не сильно превышает вес исходного варианта (около 200 кг в сумме).   
Беглые впечатления  от картинки по реальной звезде в собранном телескопе – понравилось! Предфокал/зафокал –  сопоставимы, астигматизма не заметил, явных бликов - тоже (правда, некоторые глазастые коллеги - отметили ). Плоское поле - сила,  у ОКШ20 (2“) остаточные аберрации на краю поля сразу бросаются в глаза.  Но самые интересные испытания, конечно,  еще впереди – нужно вешать ПЗС/цифрофотик  …

[denis]

мдя уж, впечатляет!!! с первым светом, Александр Петрович!

[Roman Kosh]

Поздравляю Вас Александр Петрович!!!
Работа проделана тяжелая. Хотя по описанию вроде ничего сложного при наличии инструментов и понимания процесса изготовления оптики  
Ждём фотографий с него. ИМХО для обсерватории Вы подобрали правильную систему.  

[Komandor]

Какая КРАСОТА !!!    (А я ж его видел ещё железякой некрашенной. )  Поздравляю Вас с великолепным завершением проекта!!!    А отчёты о его работе будут? Очень бы хотелось их посмотреть и почитать.

[ZAP]

А отчёты о его работе будут? Очень бы хотелось их посмотреть и почитать.

Да будут, наверное...  После модернизации телескоп вернется к рутинной деятельности в обсерватории - текущие наблюдения, студенты, экскурсии ... 

[Journeyman]

С первым светом! Очень интересно было почитать, спасибо за замечательный отчёт.
А парочка "Цейсс+Бэйкер" смотрится невероятно органично!  

[APV]

Потрясающе!!!!

[SWN]

экскурсии ... 

    Для граждан? 

[Серёга]

Поздравляю!!  Многих плодотворных лет инструменту!!! А при оказии можно будет на него вживую посмотреть?

[ZAP]

    Для граждан? 

Для ОРГАНИЗОВАННЫХ ГРУПП граждан (школьники, студенты, ....) 

[ZAP]

А при оказии можно будет на него вживую посмотреть?

Разумеется, не вопрос!