В редакцию приходит немало писем с просьбой рассказать на страницах приложения о том, как самим собрать телескоп. Выполняя ваши пожелания, мы попросили инженера Н П. Василенко, руководителя астрономического клуба "Сириус" г. Невинномысска Ставропольского края, поделиться опытом с читателями приложения. Сделанный по разработанной в клубе технологии телескоп системы Ньютона стал маленькой сенсацией на Днях науки и техники в Таллинне в 1986 году.
Наиболее доступен для начинающих астрономов телескоп-рефлектор системы Ньютона. Он состоит из трех оптических деталей: главного зеркал с вогнутой сферической поверхностью, второго плоского зеркала и окуляра-лупы (смотри схему). Такой телескоп при диаметре главного зеркала 120-130 мм имеет 50-кратнае увеличение и позволяет вести серьезные астрономические наблюдения. При хорошей погоде в него можно рассмотреть даже Орбитальную станцию "Мир", Если его оптика изготовлена с достаточной точностью, то он дает изображение отличного качества. Построить такой телескоп вполне можно в школьной или домашней мастерской за 3-4 недели.
Самая важная и наиболее трудная для самостоятельного изготовления деталь-главное зеркало. Мы предлагаем вам новый достаточно простой способ его изготовления, для которого не нужно сложного оборудования и специальных станков. Правда, вам придется строго выполнять все рекомендации по тонкой шлифовке и особенно по полировке зеркала. Только при этом условии вы сможете построить телескоп, который ничуть не хуже заводского.
Мы подробно остановимся лишь на изготовлении главного зеркала. Именно эта деталь, как показывают ваши письма вызывает больше всего затруднений. Поэтому обо всех остальных деталях мы скажем очень коротко.
Заготовка для главного зеркала -стеклянный диск толщиной 5-20 мм. Можно использовать линзу от конденсора фотоувеличителя, которые часто продаются в магазинах фототоваров, склеить эпоксидным клеем из дисков тонкого стекла, которые легко вырезать алмазным или роликовым стеклорезом. Постарайтесь, чтобы клеевое соединение было минимальной толщины. "Слоеное" зеркало имеет некоторые преимущества перед сплошным - оно меньше подвержено короблению при изменении окружающей температуры и, следовательно, дает изображение лучшего качества (см. рис. 1).
Диск для шлифовальника может быть стеклянным, металлическим или цементно-бетонным. Диаметр диска шлифовальника должен быть равен диаметру зеркала, а его толщина 25-30 мм. Рабочая поверхность шлифовальника должна быть стеклянной или, что еще лучше, из отвержденной эпоксидной смолы слоем 5-8 мм. Поэтому, если вам удалось выточить или подобрать а металлоломе подходящий диск, или отлить его из цементного раствора (одна часть цемента и три части песка), то необходимо оформить его рабочую сторону, как показано на рисунке 2,
Абразивные шлифовальные порошки могут быть из карборунда, корунда, наждака или из кварцевого песка.
Последний шлифует медленно, зато качество обработки заметно выше.
Зерна абразива (его потребуется 200-300 г) для грубой шлифовки, когда нам нужно сделать в заготовке зеркала нужный радиус кривизны, должны быть размером 0,3-0,4 мм.
Кроме того, понадобятся более мелкие порошки с размерами зерен:
0,1-0,12 мм -30-50 г
0,04-0,05 мм -- 20-30 г
0,02-0,025 мм - 10-20 г
0,008-0,01 мм -10г
Если готовые порошки приобрести невозможно, то не трудно изготовить их самостоятельно, раздробив в ступке кусочки абразивного шлифовального круга. Грубая шлифовка зеркала. Укрепите шлифовальник на устойчивой тумбе или столе рабочей стороной вверх. Следует позаботиться о тщательной уборке вашего домашнего шлифовального "станка" после смены абразивов. Для этого на его поверхности следует уложить слой линолеума или резины. Очень удобен специальный поддон, который вместе с зеркалом можно убирать со стола после работы см. рис. 3).
Грубая шлифовка делается надежным "дедовским" способом. Смешайте абразив с водой в соотношении 1:2. Размажьте по поверхности шлифовальника около 0,5 см 3 получившейся кашицы, наложите заготовку зеркала лицевой стороной вниз и начинайте шлифовку. Зеркало держите двумя руками, это предохранит его от падения, а правильное положение рук обеспечит быстрое и точное получение необходимого радиуса кривизны. Движения при шлифовке (штрихи) делайте в направлении диаметра, постепенно вращая зеркало и шлифовальник. Постарайтесь с самого начала приучить себя к следующему ритму работы: на каждые 5 штрихов 1 поворот зеркала в руках на 60°. Темп работы: примерно 100 штрихов в минуту. Двигая зеркало вперед и назад по поверхности шлифовальника, старайтесь удерживать его в состоянии, устойчивого равновесия на линии окружности шлифовальника.
По мере шлифовки хруст абразива и интенсивность шлифовки уменьшается, поверхность зеркала и шлифовальника загрязняются отработанным абразивом и частицами стекла с водой - шламом. Его нужно периодически смывать или обтирать влажной губкой. Прошлифовав полчаса, проверьте величину углубления при помощи стальной линейки и лезвий безопасной бритвы. Зная толщину и количество лезвий, которое проходит в зазор между линейкой и центральной частью зеркала, вы легко сможете измерить получившееся углубление. Если оно недостаточно, продолжайте шлифовку, пока не получите требуемую величину (в нашем случае-0,9 мм). Если абразивный порошок хорошего качества, то грубую шлифовку можно сделать за 1--2 часа. Тонкая шлифовка. При такой обработке поверхности зеркала и шлифовальника с высокой точностью притираются друг к другу по сферической поверхности. Шлифовка производится в несколько приемов все более мелкими абразивами. Если при грубой шлифовке центр давления находился вблизи края шлифовальника, то при тонкой он должен быть не более чем на 1/6 диаметра заготовки от его центра. Периодически нужно делать как бы; неправильные движения зеркалом по поверхности шлифовальника, влево, вправо.
Тонкую шлифовку начинайте только после капитальной уборки, нельзя допустить, чтобы поблизости от зеркала были крупные, твердые частицы абразива. Они обладают неприятной способностью "самостоятельно" проникать в зону шлифовки и делать царапины.
Сначала используйте абразив с размером частиц 0,1- 0,12 мм. Чем мельче абразив, тем меньшими порциями его следует добавлять. В зависимости от вида абразива надо опытным путем подобрать его концентрацию с водой в суспензии, величину порции. Время ее выработки, а также периодичность очистки от шлама. Нельзя допустить, чтобы зеркало прихватывало (застревало) на шлифовальнике.
Абразивную суспензию удобно держать в бутылочках, в пробки которых вставлены трубочки из полиэтилена диаметром 2-3 мм. Это облегчит нанесение на рабочую поверхность и предохранит от загрязнения крупными частицами.
Ход шлифовки проверяйте просмотром зеркала "на просвет" после промывки водой. Крупные выколки, оставшиеся после грубой шлифовки, должны полностью исчезнуть, матовость должна быть совершенно равномерной - только в этом случае работу с данным абразивом можно считать законченной. Полезно поработать еще лишних 15-20 минут, чтобы с гарантией сошлифовать не только незамеченные выколки, но и слой микротрещин.
После того вымойте зеркало, шлифовальник, поддон, стол, руки и переходите к шлифовке очередным, более мелким абразивом. Абразивную суспензию добавляйте постепенно, по нескольку капель, предварительно взбалтывая бутылочку. Если абразивной суспензии добавить слишком мало или если имеются большие отклонения от сферической поверхности, то зеркало может "прихватывать". Поэтому накладывать зеркало на шлифовальник и делать первые движения надо очень осторожно, без большого нажима. Особенно опасно "прихватывание" зеркала на последних стадиях тонкой шлифовки. Если такая беда случилась, то ни в коем случае не надо спешить. Постарайтесь постепенно (за 20 минут) нагреть зеркало с шлифовальником под струёй теплой воды до температуры 50-60 °, а затем охладите их. Тогда зеркало и шлифовальник "разъедутся". Можно постучать деревянным бруском по краю зеркала в направлении его радиуса, соблюдая все меры предосторожности. Помните, что стекло очень хрупкий и малотеплопроводный материал и при слишком большой разнице температуры оно растрескивается, как это происходит порой со стеклянным стаканом, если в него налить кипятка,
Контроль качества на заключительных этапах тонкой шлифовки следует производить при помощи сильной лупы или микроскопа. На заключительных стадиях тонкой шлифовки резко возрастает возможность появления царапин. Поэтому перечислим меры предупреждения их:
- производите тщательную очистку и мытье зеркала, поддона, рук;
- делайте влажную уборку в рабочем помещении после каждого "подхода";
- старайтесь снимать зеркало со шлифовальника как можно реже. Добавлять абразив нужно, сдвинув зеркало в сторону на половину диаметра, равномерно распределяя его по поверхности шлифовальника;
- наложив зеркало на шлифовальник, нажмите на него, при этом крупные частицы, случайно попавшие на шлифовальник, раздавятся и не поцарапают поверхность заготовки.
Отдельные царапины или ямки не повредят качеству изображения. Но если их много, то они снизят контрастность.
После тонкой шлифовки зеркало становится полупрозрачным и хорошо отражает лучи света, падающие под углом 15-20. Убедившись, что это так, пошлифуйте его еще без всякого нажима, быстро вращая для выравнивания температуры от тепла рук. Если на тонком слое самого мелкого абразива зеркало ходит легко, с легким свистом, напоминающим свист сквозь зубы, значит, его поверхность весьма близка к сферической и отличается от нее лишь на сотые доли микрона. Наша задача в дальнейшем при полировке не испортить ее. Полировка зеркала отличается от тонкой шлифовки тем, что она производится на мягком материале. Точные оптические поверхности получают полировкой на смоляных полировальниках. При этом чем тверже смола и чем меньше ее слой на поверхности жесткого шлифовальника (он используется как основа полировальника), тем точнее получается сферическая поверхность на зеркале. Для изготовления смоляного полировальника сначала нужно приготовить битумно-канифольную смесь в растворителях. Для этого измельчите на мелкие кусочки 20 г нефтебитума марки IV и 30 г канифоли, смешайте их и высыпьте в бутылочку емкостью 100 см после чего залейте в нее 30 мл бензина и 30 мл ацетона и закройте пробкой. Для ускорения растворения канифоли и битума периодически взбалтывайте смесь, и через несколько часов лак будет готов.
Слой лака нанесите на поверхность шлифовальника и дайте ему высохнуть. Толщина этого слоя после высыханий должна быть 0,2-0,3 мм. После этого наберите лак пипеткой и по одной капле капайте на высохший слой не допуская слияния капель. Очень важно равномерно распределить капли. После высыхания лака полировальник готов к работе! Затем приготовьте полирующую суспензию - смесь полирующего порошка с водой в соотношении 1:3 или 1:4. Ее также удобно хранить в бутылочке с пробкой, снабженной полиэтиленовой трубочкой. Теперь у вас есть все, чтобы отполировать зеркало. Смочите поверхность зеркала водой и капните на нее несколько капель полирующей суспензии. Потом осторожно наложите зеркало на полировальник и подвигайте. Движения при полировке те же, что и при тонкой шлифовке. А вот надавливать на зеркало можно только при его ходе вперед (сдвиг с полировальника), возвращать его в исходное положение необходимо без всякого давления, держась пальцами за его цилиндрическую часть. Полировка идет почти бесшумно. Если в комнате тихо, можно услышать шум, напоминающий дыхание.
Полируйте не спеша, не слишком сильно нажимая на зеркало Важно установить такой режим, при котором зеркало под нагрузкой (3-4 кг) идет вперед довольно туго, а обратно легко Полировальник как бы "привыкает" к такому режиму. Число штрихов 80-100 в минуту периодически делайте неправильные движения. Следите за состоянием полировальника. Его рисунок должен быть равномерным. Если нужно, подсушите его и накапайте в нужных местах лак, предварительно хорошенько взболтнув бутылочку с ним. Ход полировки контролируйте "на просвет", при помощи сильной лупы или микроскопа с увеличением 50-60 раз Поверхность зеркала должна полироваться равномерно. Очень плохо, если быстрее полируется средняя зона зеркала или крайняя. Это может произойти, если поверхность полировальника не сферическая. Этот дефект нужно немедленно устранить, добавив в пониженные места битумно-канифольный лак. Через 3-4 часа работа обычно заканчивается. Рассматривая края зеркала через сильную лупу или микроскоп, вы уже не увидите ямок и мелких царапин. Полезно поработать еще 20-30 минут, уменьшив давление в два-три раза и делая остановки на 2-3 минуты через каждые 5 минут работы. Это способствует выравниванию температуры от тепла трения и рук и приобретению зеркалом более точной сферической поверхности. Зеркало готово. Теперь о конструкции и деталях телескопа.
Конструкция телескопа показана на эскизах. Материалов вам потребуется немного, и все они доступны и недороги. В качестве вторичного зеркала можно применить призму полного внутреннего отражения от большого бинокля, линзу или светофильтр от фотоаппарата, на плоские поверхности которых нанесено отражающее покрытие. В качестве окуляра телескопа можете использовать окуляр от микроскопа, короткофокусный объектив от фотоаппарата или одиночные плоско-выпуклые линзы с фикусным расстоянием от.5 до 20 мм.
Следует особо отметить, что оправы главного вторичного зеркал нужно делать очень аккуратно. От их правильной регулировки зависит качество изображения. Зеркало в оправе должно быть закреплено с небольшим зазором. Нельзя допустить, чтобы зеркало было зажато в радиальном или в осевом направлении. Для того чтобы телескоп давал изображение отличного качества, надо, чтобы его оптическая ось совпадала с направлением на наблюдаемый объект. Эта регулировка осуществляется изменением положения вспомогательного зеркала, а затем регулировочными гайками оправы главного зеркала.
Когда телескоп будет собран, надо выполнить отражающие покрытия на рабочих поверхностях зеркал и установить их. Проще всего покрыть зеркало серебром. Это покрытие отражает более 90% света, но современем тускнеет. Если освоить способ химического осаждения серебра и принимать меры против потускнения то для большинства любителей это окажется самым лучшим решение проблемы. Тем. кто столкнется с трудностями мы советует обратиться к книге М. С. Навашина телескоп астронома-любителя" (М- "Наука", 1979).
Там же вы найдете и советы по подбору окуляров, испытанию телескопа и другим вопросам, которые вас могут заинтересовать.