Полировка главного зеркала
и придание ему формы

Телескоп-рефлектор
Самодельный телескоп

Создание учебной астрономической обсерватории

Астрономические наблюдения

Полировка главного зеркала и придание ему формы

Изготовление астрономического зеркала завершается его полировкой и приданием ему точной формы - фигуризацией. Оба эти процесса протекают одновременно, при этом форма зеркала все более приближается к сферической, а матовость постепенно исчезает. Вообще говоря, полировку хорошо отшлифованного зеркала можно закончить за 10-15 ч, но придание его лицевой поверхности хорошей формы может занять времени в несколько раз больше. При этом трудности быстро растут вместе с размерами зеркала. Впрочем, точная фигуризация достаточно длиннофокусного зеркала диаметром до 150-165 мм обычно рано или поздно удается каждому начинающему оптику.
Точную оптическую поверхность можно получить на смоляном полировальнике из смеси канифоли и гудрона, сплавленных вместе в нужной пропорции. Чтобы изготовить такой полировальник для небольшого зеркала (диаметром до 150-165 мм), нужно растопить в кастрюле при осторожном ее нагревании (например, на электроплитке) приблизительно 300 г канифоли. Затем при постоянном помешивании, чтобы смесь не закипела, маленькими кусочками добавлять к ней гудрон. На 300 г канифоли потребуется примерно 100 г гудрона. Расплавленную и тщательно перемешанную смесь канифоли и гудрона через марлевый (из нескольких слоев) фильтр осторожно выливают на выпуклую поверхность совершенно сухого и предварительно слегка подогретого шлифовальника. Чтобы при этом смесь не стекала со шлифовальника, его заблаговременно окружают по краю небольшим бумажным бортиком, который в свою очередь обвязывают снаружи шнурком.
Затем надо дать полировальнику полностью остыть, а потом с помощью линейки и влажного лезвия от безопасной бритвы (удалив предварительно бумажный бортик) аккуратно разбить поверхность полировальника узкими канавками на небольшие смоляные квадратики со стороной около 25 мм. Вырезаемые кусочки смолы нужно периодически сметать с полировальника небольшой кисточкой. Система квадратиков должна быть несимметрична полировальнику (центр полировальника должен оказаться около угла одного из квадратиков, как это показано на рисунке 6).
Полировальник, разбитый на квадраты
Рис. 6
Полировальник, разбитый на квадраты
После этого полировальник подогревают в горячей воде и формуют тоже подогретым зеркалом. Чтобы избежать при этом прилипания зеркала к смоле, надо предварительно кисточкой покрывают все квадратики крокусом, разведенным в воде. Формовка полировальника заключается в том, что наложенное на него сверху зеркало с достаточным нажимом двигают в разных направлениях. При этом постепенно, начиная с периферии, все большая и большая зона полировальника приобретает форму, обратную форме зеркала. Обычно приходится несколько раз подогревать в горячей воде и зеркало, и полировальник, прежде чем последний полностью отформуется, и каждый его квадратик всей своей поверхностью будет прилегать к зеркалу. Тогда еще раз, вооружившись бритвой и линейкой, окончательно подправляют несколько смявшиеся при формовке квадратики. Затем, вторично обильно смазав их крокусом, кладут на полировальник еще не остывшее зеркало и помещают их в небольшой таз с водой; с боков и сверху накрывают влажной чистой тряпкой.
После того как зеркало и полировальник полностью остынут, можно приступать к полировке. Но предварительно нужно изготовить несложные приспособления для наблюдения за ходом полировки и исследования формы теневым методом Фуко: подвижный нож Фуко, достаточно яркий точечный источник света и подставку для зеркала.
Нож Фуко
Рис. 7
Нож Фуко, простейшая конструкция
Ножом Фуко может служить лезвие от безопасной бритвы. Его закрепляют в вертикальном положении, врезав слегка в большую бутылочную пробку, которую с помощью пропущенного сквозь нее шурупа привертывают к одному из концов достаточно длинной (60 см) деревянной рейки. Отступив от этого конца приблизительно на 10 см, высверливают в рейке небольшое отверстие. Пропустив затем в это отверстие шуруп, закрепляют рейку на поверхности ровной и гладкой доски (рис. 7), длиной 50 см и шириной 15-20 см. Пользуясь длинным плечом рейки, можно перемещать нож Фуко на самые незначительные расстояния (что очень важно при исследовании формы зеркала).
Для получения достаточно яркого точечного источника света можно использовать обычный аллоскоп или проекционный фонарь. Необходимо только на его объектив надеть легкую крышку (склеенную из картона). Большое центральное отверстие в ее дне надо предварительно закрыть куском фольги, в которой заблаговременно тонкой иглой аккуратно сделать очень маленькое отверстие. Можно вместо одного сделать в фольге несколько отверстий, тогда легче будет при исследовании зеркала "поймать" хотя бы одно из них (другие мешать не будут, если они достаточно удалены друг от друга).
Наконец, нетрудно сделать из кусков дерева и подставку, в которой зеркало могло бы находиться (при его исследовании) в вертикальном положении. Устройство такой подставки, применявшейся автором, показано на рисунке 8. Б ней зеркало прочно удерживается трением между резиновой пробкой, укрепленной на вертикальной стойке, и двумя горизонтальными деревянными бортиками. Успешная полировка и точная фигуризация зеркала возможны только при наличии хорошего полировальника из смолы надлежащей твердости и строгого соблюдения правильного режима работы.
Очень важно подобрать правильный состав смолы и канифоли для полировальника. На очень мягком полировальнике (мало канифоли) совершенно невозможно получить правильную оптическую поверхность. С другой стороны, очень твердый полировальник, как правило, способствует появлению царапин, которые при полировке особенно страшны, так как для выведения их приходится вновь возвращаться к шлифовке. Нередко поэтому в процессе полировки зеркала полировальник приходится несколько раз переделывать, изменяя относительное содержание в нем канифоли и гудрона, прежде чем он будет давать хорошие результаты. Большое значение имеет и температура помещения. Ее изменение хотя бы на несколько градусов уже серьезно отражается на свойствах полировальника.
Подставка для зеркала
Рис. 8
Подставка для зеркала
При полировке зеркала полировальник всегда находится только под ним. В качестве полирующего материала используется крокус, разведенный в воде (его надо осторожно брать сверху кисточкой и переносить на полировальник или "подмазывать" сбоку в щель между полировальником и зеркалом). При полировке зеркала делают те же самые движения, что и при тонкой шлифовке, но только эти движения должны быть медленными и очень плавными. Никакого нажима зеркалом на полировальник не допускается. Кроме того, через каждые 15-20 мин нужно делать небольшой перерыв в работе, чтобы зеркало могло остыть (отстояться) и принять свою естественную форму.
Большое значение при полировке имеет длина штрихов. Короткие штрихи больше сполировывают края и увеличивают кривизну периферийной зоны. Длинные штрихи производят такое же действие, главным образом в центральной зоне. Длина штриха не должна превышать '/з радиуса зеркала, ибо в противном случае может легко появиться "завал края" (резкое уменьшение кривизны периферийной зоны), устранить который полировкой очень трудно.
Обычно при полировке и фигуризации каждые 30- 40 мин зеркало подвергают исследованию. Если обнаруживается какой-нибудь упорно сохраняющийся недостаток в его форме, то, смотря по обстоятельствам, либо переделывают полировальник, либо изменяют характер и длину штрихов, либо, наконец, применяют наиболее эффективный способ воздействия на форму зеркала - частичную формовку или подрезку полировальника.
Назначение любого из этих способов сводится к тому, чтобы в нужных местах уменьшить площадь соприкосновения зеркала с полировальником. При полировке и точной фигуризации зеркала чаще всего приходится сталкиваться с таким упорно сохраняющимся недостатком в его форме, как излишнее углубление (т. е. повышенная кривизна) центральной зоны. Уничтожение этого недостатка с помощью формовки состоит в том, что на центральную часть слегка подогретого в теплой воде полировальника накладывают вырезанный обычно в форме звезды небольшой кусочек плотной бумаги. Сверху накладывают (точно по центру) также слегка подогретое зеркало. Через 15-20 мин бумажную звезду удаляют: выдавленное ею углубление обеспечит менее интенсивное (по сравнению с периферией) сполировывание центральной зоны зеркала. Подрезка полировальника отличается от формовки тем, что уменьшение площади соприкосновения зеркала с полировальником достигается срезанием (соскабливанием) в нужных местах тонкого наружного слоя смолы. С этой же целью автор с успехом применял оригинальный метод местной формовки с помощью разложенные в нужных местах на полировальнике небольших кусочков тонкой бумаги. Этот метод, являющийся своеобразной комбинацией первых двух методов, позволял при необходимости легко возвращаться к нормальному полировальнику (слегка нагретое зеркало оставлял на слегка нагретом полировальнике 15-20 мин). Этим самым несколько экономилось время на фигуризацию зеркала.
Простейшим способом определения степени отклонения формы зеркала от сферической является наблюдение в сильный окуляр дофокалыюго и зафокального изображения искусственной звезды. Легко понять, что если, например, середина зеркала имеет большую кривизну, нежели его периферия, то дофокальное изображение звезды будет выглядеть яркой светлой точкой, окруженной туманным пятном, а зафокальное - ярким кольцом с темной серединой. Для зеркала с меньшей кривизной в центре картины нефокальных изображений звезды будут обратными. Легко также распознать и завал края. В этом случае фокальное изображение искусственной звезды будет иметь вид яркой точки, окруженной более или менее длинными лучами.
Наиболее тонким методом исследования формы зеркала является теневой метод Фуко, при котором не только распознается тот или иной недостаток в форме зеркала, но и рельефно в виде контрастной картины на самом зеркале обрисовывается его истинная форма. Исследование зеркала теневым методом производится в темном помещении.
Теневые картины при исследовании зеркала методом Фуко
Рис. 9
Теневые картины при исследовании зеркала методом Фуко
Зеркало ставят на подставку в вертикальном положении, а наблюдатель вместе с точечным источником света (искусственной звездой) и ножом Фуко располагается напротив зеркала приблизительно на двойном фокусном расстоянии от него. Наблюдатель должен поймать изображение искусственной звезды глазом и, удаляясь понемногу от зеркала или приближаясь к нему, добиться того, чтобы все' зеркало казалось освещенным. Очевидно, при этом точечный источник света будет находиться в фокусе зеркала. Затем перед самым глазом помещают нож Фуко и, осторожно перемещая его (с помощью длинного плеча рейки), добиваются того, чтобы он перерезал световые лучи, отраженные от зеркала. Если нож находится очень близко от фокуса зеркала, чуть впереди его, то в момент, когда он наполовину пересечет сходящиеся лучи, на зеркале появится очень рельефная теневая картина, в сильно преувеличенном виде передающая все отклонения формы зеркала от сферы. При этом, если, например, кривизна зеркала в центре меньше требуемой, то в этом месте будет хорошо заметна выступающая "горка" (выпуклость). А если, напротив, центральная часть зеркала сильно углублена, то на теневой картине в центре зеркала будет отчетливо заметна "ямка" (рис. 9). Нужно добиваться совершенно плоской теневой картины, которая будет свидетельствовать о том, что форма зеркала очень близка к форме сферы.
Готовое зеркало должно давать отчетливые изображения. При употреблении сильного окуляра изображение искусственной звезды должно иметь вид маленького светлого диска, окруженного системой концентрических дифракционных колец. Разумеется, никакой матовости на оптической поверхности зеркала быть уже не должно.
У начинающего оптика первое изготовленное зеркало может оказаться не вполне безупречным: кое-где поверхность может быть матовой и на ней может остаться даже несколько небольших царапин. С этими недостатками можно смириться, если только форма зеркала вполне хороша. Указанные недостатки вызовут лишь очень небольшую потерю света, что никак не отразится на качестве изображения.
На данной странице рассматривалась полировка и фигуризация только сферического зеркала, которое на первых порах и должен стремиться сделать начинающий телескопостроитель. Более подробно все этапы изготовления такого зеркала, а также и светосильного параболического зеркала очень хорошо изложены в книге М. С. Навашина "Телескоп астронома-любителя".
Последним этапом в изготовлении астрономического зеркала является покрытие его оптической поверхности тонким слоем (0,3-0,5 мкм) серебра или алюминия. Серебряное покрытие осуществляется химическим способом в самой примитивной обстановке и вполне доступно каждому любителю телескопостроения. Однако серебряная пленка очень недолговечна, и обычно через полгода или год зеркало приходится серебрить заново. Гораздо надежнее алюминирование зеркала, но оно может быть осуществлено только в специальных лабораторных условиях. Поэтому зеркала любительских телескопов чаще всего серебрят.
Наверх
  Главная
  Карта сайта
  Гостевая
  О сайте
Copyright © 2012 ENERGYGAP.RU Все права защищены.