Эта книга предназначена для любителей астрономии, решивших построить себе достаточно мощный телескоп. Может быть, с точки зрения начинающих любителей телескопостроения, она несколько перегружена подробностями. Это происходит от того, что автор стремился предусмотреть различные неожиданности, подстерегающие любителя на пути изготовления телескопа. С другой стороны, зная, как эти подробности отпугивают начинающих, еще плохо ориентирующихся в технологии изготовления оптических деталей, автор сознательно избегал описания огромного разнообразия методов шлифовки, полировки и испытаний астрономической оптики, разработанных в последнее время и приспособленных к условиям любителей. Вместо этого он пытался отобрать лишь то, что совершенно явно доступно любителю. При этом автор стремился не повторять прекрасную, но, увы, постепенно стареющую книгу М. С. Навашина "'Tелеcкоп астронома-любителя". Читатель, который найдет технологию, описанную в настоящей книге, неприемлемой для себя, сможет обратиться к книге М. С. Навашина, которая в последние годы переиздавалась несколько раз.
Постараться обойтись минимумом математики - это вторая задача автора. Мы построим сравнительно простой телескоп и поэтому математики и вообще теории телескопа будет ровно столько, сколько нужно для того, чтобы действовать осознанно, и только. Автор полагает, что теория телескопа должна быть изложена и понята "на пальцах", и поэтому в книге описывается много опытов и приводятся рисунки, которые поясняют действие телескопа и его отдельных узлов.
Все, о чем рассказывается в книге, многократно проверено не только самим автором, но и школьниками и взрослыми -- членами Новосибирского клуба любительского телескопостроения им. Д, Д. Максутова. Чаще же всего описаны методы, применяемые уже на протяжении десятилетий, но по различным причинам не включенные в книгу М. С. Навашина и в многочисленные руководства, рассеянные по периодическим изданиям.
Первые две части книги посвящены изготовлению оптических и механических деталей телескопа, третья часть--постройке некоторых специальных телескопов и инструментов, которые могут значительно расширить, наблюдательные возможности любителя и стать прекрасной базой для обсерватории коллектива любителей.
Автор выражает глубокую благодарность канд. физ.-мат. наук Н. Н. Михельсону, старшему научному сотруднику А. С. Фомину, канд. физ.-мат. наук Г. С. Хромову, а также М. М. Шемякину и Г. С. Шуваеву за ряд ценных замечаний и предложений, сделанных при прочтении рукописи книги.
Л. Л. Сикорук ВВЕДЕНИЕ
Когда Галилео Галилей приступил к постройке своего первого телескопа, едва ли он отдавал себе отчет в том, что, еще не сделав своих великих астрономических открытий, он уже открыл эру любительского телескопостроения. Не зная тщательно охраняемых профессиональных секретов изготовления зрительных труб, незадолго до этого изобретенных в Голландии, Галилей со свойственным ему энтузиазмом и энергией
Галилео Галилей (1564--1642) с одним из своих телескопов.
взялся за решение этой задачи. (Позже любители не раз будут решать задачи, перед которыми профессионалы останавливались в раздумье.) Таким образом, эра любительского телескопостроения начинает отсчет с конца 1609 г.
Еще одно важное событие в истории любительского телескопостроения произошло в 1668 г, когда физик-теоретик по профессии, Президент Лондонского Королевского общества по должности, сэр Исаак Ньютон собственноручно построил зеркальный телескоп. Если оптическую схему своего телескопа он предложил, как мы теперь сказали бы, в рамках своих обязанностей, то в остальном Ньютон был безусловно любителем. Он не только удовлетворил свое собственное любопытство, но, что гораздо важнее, подарил любителям всего мира самый популярный у них теперь телескоп. Это обстоятельство роднит его с лучшими представителями любительского телескопостроения всех времен.
Нас поражает беспримерный подвиг музыканта Уильяма Гершеля, отшлифовавшего за свою долгую жизнь больше ста зеркал и придумавшего новый
тип телескопа, увы, не подозревая о том, что этот телескоп уже был предложен сначала Н. Цукки, а не сколько позже М. Ломоносовым. Пивовар У. Лассель лорд Росс, полярный исследователь и художник Р. Портер, художник и журналист А. А. Чикин, инженер Л. Коумон н многие другие, будучи любителями, достигли таких вершин, что стали каждый для своего времени ведущими специалистами.
Следуя этим примерам, читатель может смело приступать к делу, не сомневаясь в благополучном исходе. Надо только сказать, что прежде чем заняться изготовлением телескопа, необходимо прочитать раздел "Немного о технике безопасности" в Приложениях.
Рис. 1. Телескоп системы Ньютона. 1 -- главное зеркало, 2 -- диагональное зеркало, 3 -- окуляр. f' -- главный фокус зеркала, f1 -- "ньютоновский" фокус телескопа, совпадающий с передним фокусом окуляра.
Нам предстоит построить зеркальный телескоп, или телескоп-рефлектор системы Ньютона. На рис. 1 приведена оптическая схема этого телескопа. Параллельный пучок света от звезды падает на вогнутое главное зеркало телескопа 1. Отразившись от него, пучок света становится сходящимся и собирается в точке f/, которая называется фокусом зеркала. Здесь образуется изображение звезды. Пучки света от других звезд собираются каждый в своем фокусе, и эти изображения располагаются на фокальной поверхности.
Для удобства наблюдений недалеко от фокальной поверхности установлено плоское вспомогательное зеркало 2, которое отклоняет пучок света в сторону, где помещают окуляр 3, в который рассматривают изображение.
Почему мы будем строить зеркальный телескоп, а не линзовый? Во-первых, потому, что зеркало дает изображения лучшего качества, чем линзовый объектив. Во-вторых, для того чтобы построить линзовый объектив, надо отшлифовать, четыре поверхности двух линз из двух строго определенных сортов стекла, тогда как для изготовления зеркала достаточно отшлифовать одну поверхность. В-третьих, для линз требуется стекло повышенной оптической однородности, а для зеркала оно может быть и с пузырьками и свилями и некоторыми другими дефектами, совершенно недопустимыми в случае линзы. В-четвертых, для контроля формы поверхности зеркала есть простой и надежный способ, позволяющий видеть ошибки поверхности около 0,01 мкм, а для линз такого способа нет. Итак, зеркало проще в изготовлении, оно дешевле и дает лучшие результаты, что же еще надо! Ї 2. КАК МЫ БУДЕМ ДЕЙСТВОВАТЬ?
Прежде всего, изготовим вогнутое зеркало, которое выполняет роль объектива телескопа. Для того чтобы придать зеркалу необходимую кривизну, мы воспользуемся шлифовальником в виде металлического кольца, отрезанного от куска толстостенной водопроводной трубы. Кроме того, потребуется грубый наждачный порошок, которым будет вестись обдирка -- придание заготовке нужной формы. Двигая с давлением шлифовальник по стеклянной заготовке, на которую насыпан
Мокрый порошок, мы одновременно поворачиваем столик, на котором укреплена заготовка зеркала. Это нужно для того, чтобы шлифовка шла по всем направлениям равномерно. Через час-полтора мы достигнем того, что на зеркале появится нужное нам углубление, и теперь наша задача -- убрать грубые неровности, оставшиеся на зеркале после обдирки. Эту операцию мы выполним с помощью пластмассового шлифовальника и тонкого микропорошка.
Переходя постепенно от относительно грубых микропорошков ко все более тонким, мы подготовим зеркало к полировке.
Полировку ведут с помощью тончайшего порошка-- крокуса или, лучше, полирита. Теперь шлифовальник должен быть покрыт слоем полировочной смолы, которая состоит из обычного битума с почти равным количеством канифоли. Полировочная смола относительно текуча, и это поможет воздействовать на форму полировальника так, что сравнительно грубая поверхность в начале полировки к концу этого процесса станет совершенно точной сферой.
Рис. 2. Простейший теневой прибор, которым можно пользоваться на первых порах. (Кадр из фильма "Телескопы".)
Для того чтобы испытывать форму зеркала, нам придется построить несложное устройство -- теневой прибор (рис. 2), этот прибор в простейшем виде состоит из батарейки для карманного фонаря, лампочки и лезвия бритвы, но позволяет видеть ошибки на поверхности зеркала в 0,05 мкм, чаще же удается получить зеркало с еще большей точностью, хотя качество изображения наблюдаемых объектов от этого уже и не улучшится. Дело в том, что существует определенный предел точности, после которого изображение остается одинаково совершенным. Этот предел равен для зеркала 1/8 длины волны света. Для средней части солнечного спектра, к которой более всего чувствителен человеческий глаз, длина волны равна 0,00056 мм или 0,56 мкм. 1/8 часть этой величины составит 0,07 мкм, Если ошибки ("ямы", "бугры") на поверхности зеркала превышают эту величину, они портят изображение, если не превышают, изображение становится идеальным, и дальнейшее совершенствование зеркала не улучшит качества изображения. Мы добьемся того, чтобы наше зеркало стало идеальным.
Рис. 3. Телескоп системы Ньютона на "чикинской доске". Бленда, надеваемая на верхний, окулярный конец телескопа, стоит на полу.
Телескоп системы Ньютона (рис. 3), который предстоит нам построить, кроме главного вогнутого зеркала, имеет дополнительное вспомогательное зеркало (2 на рис. 1) или призму. Если мы не сможем найти подходящее оптически точное зеркало или призму, то это зеркало придется также изготовить самим. Это не сложнее, чем изготовить главное зеркало. В том случае, если не удастся подобрать готовый окуляр, а лучше несколько окуляров различной силы, придется сделать и несколько мелких линз.
Все дальнейшее -- токарные, слесарные работы, работа с папье-маше и т. п.-- не вызовет принципиальных трудностей. Ї 3. КАК РАБОТАЕТ ТЕЛЕСКОП?
Возьмем положительную (увеличивающую) линзу и попытаемся с ее помощью получить изображение большого светлого предмета, например окна днем. Для этого будем приближать или удалять линзу от противоположной стены, пока на ней не появится резкое перевернутое "вверх ногами" изображение окна. Возьмем вторую линзу с другим увеличением и, построив с ее помощью изображение того же окна, обратим внимание на то, что, во-первых, расстояние между линзами и стеной различно. Во-вторых, та линза, которая расположена дальше от стены, дает изображение большего размера.
Расстояние от линзы до стены, когда на ней видно резкое изображение достаточно удаленного предмета (для этого лучше всего использовать Солнце), называется фокусным расстоянием линзы. Мы теперь знаем,
Рис. 4. Схема телескопа-рефрактора.
1 -- объектив, 2 -- окуляр, 3 -- матовое стекло, которое в реальных телескопах отсутствует.
что для того, чтобы изображение предмета, построенного линзой, было большим, надо взять линзу с большим фокусным расстоянием (длиннофокусную).
Теперь возьмем короткофокусную линзу. Определим ее фокусное расстояние и попробуем рассматривать в нее какие-нибудь предметы, расположив саму линзу как можно ближе к глазу. Если у нас есть несколько короткофокусных линз, то мы обратим внимание на то, что большее увеличение дает та, у которой фокусное расстояние меньше.
Спроецируем с помощью длиннофокусной линзы изображение объекта на кусочек матового стекла или кальки и добьемся резкости. Теперь с противоположной от линзы стороны станем рассматривать изображение на кальке с помощью сильной, короткофокусной линзы (рис. 4). Мы увидим увеличенное изображение, которому будут мешать крапинки на кальке или стекле. Уберем кусок кальки, не меняя расстояние между линзами. Мы ясно увидим наш предмет. Его изображение теперь располагается не на кальке, а в воздухе, и мы его рассматриваем с помощью второй короткофокусной линзы, которая выполняет роль лупы. Первая длиннофокусная линза -- это объектив телескопа, вторая линза, лупа, называется окуляром.
В качестве объектива можно воспользоваться очковым стеклом в +1 -- +2 диоптрии, насадочной линзой к фотоаппарату или, если повезет, объективом от старой подзорной трубы, теодолита и т. п. В качестве окуляра можно использовать лупу, объектив от фотоаппарата, объектив от микроскопа, окуляр от микроскопа или зрительной трубы.
4. КАК ТОЧНО ОПРЕДЕЛИТЬ ФОКУСНОЕ РАССТОЯНИЕ ОБЪЕКТИВА И ОКУЛЯРА?
Если мы используем очковое стекло или насадочную линзу к фотоаппарату, можно легко перевести оптическую силу, выражаемую в диоптриях, в фокусное расстояние линзы. Для этого надо 1000 мм разделить на оптическую силу в диоптриях. Например, оптическая сила линзы равна +2 диоптриям. Делим 1000 на 2, получаем 500 мм. Это и есть фокусное расстояние линзы.
В тех случаях, когда оптическая сила линзы неизвестна, ее фокусное расстояние определим, измеряя расстояние от линзы до изображения предмета на бумаге. Отметим еще раз, что фокусное расстояние длиннофокусной линзы можно определить только по очень удаленным предметам.
Если в качестве окуляра применена одиночная линза, ее фокусное расстояние мы определим подобно тому, как определяли его у объектива. Чаще, однако, приходится использовать сложную систему линз: фотообъектив, окуляр микроскопа и т. п., у которых фокусное расстояние отмеряется от так называемых главных плоскостей (рис. 5), положение которых мы не знаем. Воспользуемся тем, что фокусное расстояние линзы или системы линз пропорционально масштабу изображения, даваемому линзой. Станем с окуляров у стены против окна. Изображение окна, построенное окуляром, спроецируем на миллиметровку или на лист из тетради в клеточку. Хорошо сфокусируем изображение и заметим ширину b изображения окна на миллиметровке. Теперь измерим ширину В настоящего окна и расстояние до окна от окуляра (рис. 6). По формуле
можно определить фокусное расстояние f ` окуляра
Рис. 5. Преломление луча на линзе в прямом (слева направо) и в обратном ходе.
Если упавший и вышедший из линзы лучи продолжить до взаимного пересечения, они пересекутся на одной из главных плоскостей (H и H') линзы. Фокусные расстояния измеряются от второй по ходу луча плоскости до точки фокуса. Оба фокусных расстояния любой линзы или системы равны между собой.
(здесь L -- расстояние от окуляра до окна). Хотя объект сейчас не в бесконечности, мы можем использовать это значение фокусного расстояния, так как для короткофокусных линз расстояние в несколько метров можно считать бесконечным. Во всяком случае, если расстояние до окна 4--6 метров, ошибкой в определении фокусного расстояния окуляра можно пренебречь.
Часто увеличение окуляра обозначено на его оправе. Само по себе оно нас не интересует, но по нему можно определить фокусное расстояние. Для этого надо разделить 250 мм (расстояние ясного видения) на увеличение окуляра. Например, при увеличении, равном 12,5х, фокусное расстояние равно 20 мм. В тех случаях, когда мы имеем дело с объективом от микроскопа, можно определить фокусное расстояние по увеличению объектива, которое указывается на оправе. Для этого надо 160 мм разделить на увеличение
Рис. 6. Определение фокусного расстояния сложной оптической системы.
микрообъектива. Например, увеличение микрообъектива равно 20 раз, значит, его фокусное расстояние 8 мм *).
*) 160 мм--это длина трубки микроскопа. Эта длина характерна для большинства микроскопов. Однако попадаются микроскопы и с другой длиной трубки, например 190 мм. В этом случае, чтобы узнать фокусное расстояние, надо 190 делить на увеличение объектива. Ї 5. ЧЕМУ РАВНО УВЕЛИЧЕНИЕ ТЕЛЕСКОПА?
Существует простая формула, по которой легко определить увеличение телескопа,
где f ' -- фокусное расстояние объектива. ф -- фокусное расстояние окуляра. Практически это значит, что чем больше фокусное расстояние объектива и чем меньше фокусное расстояние окуляра, тем больше увеличение телескопа.
Как выбрать увеличение телескопа? Конечно, каждый старается "выжать" из телескопа все, что тот может. На первый взгляд достаточно иметь объектив с большим фокусным расстоянием, а окуляр с крошечным, и мы получим какое угодно большое увеличение. На деле это не так. Линза нашего телескопа страдает различными недостатками -- аберрациями. Из-за своего несовершенства она вносит ошибки и искажения в изображение предметов. Лучше всего заметна так называемая хроматическая аберрация, которая приводит к тому, что изображения звезд окружены цветными ореолами, а изображение Луны -- радужной каймой. Этот недостаток можно уменьшить, если задиафрагмировать объектив. В случае очкового стекла с фокусным расстоянием 500 мм отверстие в картонном кружочке, который мы установим прямо перед объективом, должно иметь диаметр около 10 мм. Для объектива с фокусным расстоянием 1000 мм это отверстие можно увеличить до 45--20 мм. Можно также вести наблюдение через цветной светофильтр -- это помогает значительно уменьшить влияние хроматической аберрации.
Ну, а если наш объектив идеален с точки зрения аберраций? Тогда предельное увеличение телескопа равно диаметру объектива в миллиметрах, умноженному на 1,4. Объектив диаметром 40 мм может датъ увеличение около 60 раз, но не больше, так как при дальнейшем повышение увеличения телескопа становится заметной волновая природа света. В результате даже идеальный объектив покажет вместо звезды кружок, окруженный одним или двумя радужными колечками (рис. 7).
Рис. 7. Микрофотографии двух отверстий в фольге, сделанных иглой и освещенных сзади (а). Изображения этих отверстий, построенные идеальным объективом с довольно большого расстояния (б). Применение еще большего увеличения не покажет реальной формы отверстий.
Повышая увеличение телескопа, мы заметим, что при больших увеличениях поле зрения телескопа становится маленьким, а яркость изображения падает. Потому в тех случаях, когда требуется большое поле зрения или большая яркость, применяют маленькие увеличения. Минимальное увеличение телескопа определяется делением диаметра объектива на 6 (см. Ї 34). Для того же 40-миллиметрового объектива минимальное увеличение равно примерно 7.
Телескоп с очковым стеклом вместо объектива позволит получить увеличение около 25--30 раз. С таким увеличением можно видеть пятна на Солнце *), горы на Луне, спутники Юпитера, кольцо Сатурна и т. д.
*) Смотреть в телескоп на Солнце можно только через темный светофильтр, вроде тех, что применяются при электросварке. Подробнее об этом см. Ї62.
Хотя телескоп из очкового стекла вместо объектива инструмент маломощный, все-таки хорошо его построить, чтобы на практике уяснить многие детали, которые непрерывно будут встречаться и в работе над телескопом-рефлектором. Для этого очковую линзу (объектив) и окуляр нужно вставить в две трубки подходящего диаметра. Трубки с трением должны входить одна в другую. Чтобы линзы не вываливались, их нужно поместить между вклеенными в трубки картонными кольцами. Расстояние между объективом и окуляром равно сумме их фокусных расстояний. Направляя телескоп на далекий предмет, слегка вдвигаем или выдвигаем окулярную трубку, добиваясь резкого изображения.
Чему равно поле зрения телескопа? Оно зависит от так называемого субъективного поля зрения окуляра и увеличения телескопа и равно
где W -- поле зрения телескопа в угловой мере, w -- субъективное поле зрения окуляра, Г -- увеличение телескопа.
Поле зрения окуляра можно грубо определить следующим образом. Направим окуляр на светлое небо, глядя одним глазом в окуляр, а вторым прямо на небо, совместим нижнюю границу поля зрения с горизонтом и грубо оценим, на сколько градусов поднимается над горизонтом верхняя граница. Ї 6. ЧТО НУЖНО ПРИГОТОВИТЬ ДЛЯ ШЛИФОВКИ ЗЕРКАЛА?
Прежде всего потребуется стеклянная заготовка. Перечислим главные требования, которым она должна отвечать.
Стекло заготовки не должно иметь внутренних напряжений и должно быть хорошо отожжено. Поэтому совершенно не годятся закаленные стекла, которые довольно часто встречаются в виде круглых дисков. На этих дисках есть пометка "закалено" или "сталинит".
Второе условие заключается в том, чтобы заготовка имела достаточную толщину. Это нужно потому, что тонкая заготовка под действием собственного веса будет прогибатъся. Хотя величина прогиба и невелика, но если она превышает 0.00007 мм, это может сказаться на качестве изображения. В табл. 1 приводится минимальная толщина заготовок для зеркал различных диаметров.
Т а б л и ц а 1
|
Диаметр заготовки, мм |
80 |
110 |
140 |
160 |
180 |
200 |
250 |
300 |
|
Толщина заготовки, мм |
5 |
7 |
12 |
16 |
20 |
24 |
36 |
50 |
Толщина указана с учетом того, что в ходе шлифовки центр заготовки станет тоньше на 1-2 мм для зеркал диаметром до 180 мм и примерно на 3 мм для зеркал большего диаметра. Кроме того, числа табл. 1 справедливы только для случая, когда зеркало опирается на три равноудаленные точки, лежащие на окружности, радиус которой на 10% меньше радиуса заготовки.
В тех случаях, когда заготовка опирается (разгружается) на 6 или 9 точек, толщина заготовки может быть значительно меньше (табл. 2 -- разгрузка на 6 точек и табл. 3 -- разгрузка на 9 точек). Значения толщины здесь также несколько преувеличены.
Т а б л и ц а 2
|
Диаметр заготовки, мм |
140 |
160 |
180 |
200 |
250 |
300 |
|
Толщина заготовки, мм |
8 |
9 |
11 |
14 |
20 |
27 |
Т а б л и ц а 3
|
Диаметр заготовки, мм |
100 |
180 |
200 |
250 |
300 |
|
Толщина заготовки, мм |
8 |
10 |
11 |
17 |
23 |
Насколько точно нужно соблюдать приведенные величины толщин? Толщину можно уменьшить на 5-- 10%, а увеличить в 1,5--2 раза. Слишком толстые заготовки не стоит брать потому, что стекло имеет малую теплопроводность и при перепадах температуры воздуха температура внутренних и внешних частей зеркала выравнивается очень медленно. Это приводит к тому, что заготовка коробится и зеркало дает плохое изображение до тех пор, пока температуры не выровняются. Лучше всего выбрать специальную оптическую заготовку, иллюминатор судна, толстостенное окно вакуумной камеры или что-нибудь и этом роде.
Отличное зеркало можно сделать, использовав в качестве заготовки конденсорную линзу от фотоувеличителя или другого проекционного прибора. В этом случае углубление нужно будет вышлифовать на плоской стороне плоско-выпуклой линзы.
Можно вырезать круглую заготовку из куска витринного или другого достаточно толстого стекла. Делается это так. На ровную доску кладется лист стекла, который прижимается тремя деревянными планками. Эти планки устанавливаются в виде треугольника, концы которого свисают со стекла и могут быть прибиты к доске. В этот треугольник должно входить трубчатое сверло. Сверлом может служить консервная банка, кастрюля с незавальцованным краем и т. п. Сверло вставляется между планками так, чтобы оно могло легко вращаться в треугольнике, нo нe болтаться. (рис. 8). К дну банки прибивается палка - ручка, с помощью которой мы будем вращать сверло то в одну сторону, то в другую. Вырезание ведется с помощью грубого абразива (наждачного порошка). Он насьшается на стекло и обильно смачивается водой. Чтобы по мере углубления сверла в стекло, абразив мог
Рис. 8- Приспособление для вырезания круглой заготовки из толстого листа стекла.
1 -- cвеpло, 2 -- стекло.
проваливаться в канавку, в рабочей части сверла вырезаются треугольные прорези. Глубина прорезей должна немного превышать толщину стекла. Вокруг сверла на стекле надо сделать пластилиновый бортик, который будет удерживать воду и остатки раздробленного абразива.
Насыпав на стекло наждачный порошок и обильно смочив стекло водой, вставляем в треугольник сверло, сильно его прижимаем к стеклу и начинаем вращать. В начале вырезания будет слышен громкий хруст абразива, который постепенно стихнет. Это не означает, что нужно подсыпать нового абразива. На стекле возле сверла лежит еще много абразива, поэтому подольем воды, которая частично смоет абразив в канавку под сверло. Лишь после того, как подливание воды не будет приводить к возобновлению хруста, добавляем еще абразив. Через час-два заготовка толщиной 8--10 мм и диаметром около 120 мм будет вырезана.
Если толщина витринного стекла недостаточна, можно склеить канцелярским (силикатным) клеем (жидким стеклом) два диска одинакового диаметра. Оба диска обязательно должны быть вырезанными из одного куска стекла, чтобы можно было быть уверенным, что температурный коэффициент обоих кусков в точности одинаков. В противном случае при перепаде температур зеркало будет коробиться. Край такого клееного зеркала должен быть замазан тонким слоем
Т a б л и ц a 4
|
Средний размер зерен (в мм) |
Обозначениe в системе ГОСТа |
Обозначение в английской системе |
|
|
0,35-0,25 |
No 25 |
No 70 |
|
|
0.25--0.20 |
No 20 |
No 80 |
|
|
0,20--0,12 |
No 12 |
No 120 |
|
|
0. 12--0,08 |
No 8 |
No 180, |
или трехминутник |
|
0,08--0,06 |
No 6 |
No 280, |
или пятиминутник |
|
0,04 |
М40 |
- |
10-минутник |
|
0,028 |
М28 |
No 325, |
или 15-минутник |
|
0,02 |
М20 |
No 400, |
или 30-минутник |
|
0,014 |
M14 |
No 600, |
или 60-минутник |
|
0,01 |
М10 |
- |
120-минутик |
|
0,007 |
М7 |
- |
240-мииутник |
нерастворимого в воде клея (например, эпоксидного), так как жидкое стекло "боится воды. После вырезания диска на его краях надо сделать фаски -- сточить наждачным камнем с водой эти края под углом 450. Ширина фаски должна быть 1,5--2 мм.
Теперь приготовим кольцевой шлифовальник для грубой обдирки зеркала. Его диаметр должен быть paвeн примерно половине диаметра заготовки или немного меньше. Один из торцов кольца, отрезанного от подходящей толстостенной металлической трубы, должен быть хорошо обработан, лучше на токарном станке. Это будет рабочий торец шлифовальника.
Для грубой и тонкой шлифовки потребуются шлифпopошки (абразивы). В табл. 4 приведены размеры зерен различных номеров абразивов. Так как на протяжении многих лет действовала английская система обозначения абразивов, и их названия фигурируют в книге М. С. Навашина н других авторов, в нашей таблице приведены размеры абразивов по новой системе обозначений ГОСТа и по старой английской системе.
Порошки можно попытаться приобрести в оптических, зеркальных мастерских или в металлообрабатывающих цехах заводов, где они применяются для доводки металлических деталей. Если же достать не удалось, то их можно получить прокаливая на плитке абразивные круги. Связка, которой склеены зерна абразива, разрушается, и круг рассыпается. Можно замачивать наждачную шкурку в кипятке и собирать абразив на дне банки. Полученные таким образом зерна надо рассортировать. Для грубых порошков применим обычные сита, просеивая через них порошок. Номер шлифпорошка по ГОСТу означает средний размер зерна данной фракции в сотых долях миллиметра. Как определить размер отверстий в сите? Положите сетку сита на миллиметровую линейку и посмотрите в лупу. Размер ячейки нетрудно оценить на глаз. Слишком высокая точность не нужна. Как пронумеровать абразив? Возьмем три сита с ячейками 0,35; 0,25; 0,20 мм. Просеем порошок сквозь первое сито с ячейками в 0,35 мм. Оставшийся на сетке порошок выбросим. Провалившийся порошок просеем сквозь сито с ячейками 0,25 мм. Все, что останется на сите с ячейками 0,25 мм, назовем номером 25. Провалившийся порошок просеем через сито с ячейками 0,20 мм. Остаток на сите назовем No 20. Таким образом, номер порошка присваивается по ситу, на котором он остается.
Самые частые сита могут быть сделаны из металлических сеток для масляных фильтров. Однако порошки размером 0,06--0,04 мм просеиваются с трудом. Поэтому меньшие по крупности абразивы разделим иным способом -- отмучиванием. Сначала опишем процесс в том виде, в котором он применялся прежде в профессиональном производстве.
В банку высотой 100 см наливают чистую прокипяченную воду. Насыпают в нее порошок, представляющий собой смесь зерен различных размеров (номеров). Взбалтывают порошок, чтобы он оказался взвешенным в воде. Дают воде успокоиться, а порошку осесть на дно. Через 3 минуты осторожно сливают воду в другую банку той же высоты, в нее доливают чистой воды до верху и дают взвеси отстояться 10 минут. То, что останется во второй банке, называют 3-минутником. То, что не успело осесть, сливают в первую банку, предварительно вымыв ее. Этой порции дают отстояться 30 минут. Порошок, оставшийся после отстаивания называют 10-минутником и т. д.
Любителю сложно найти банку высотой 100 см. Поэтому возьмем банку высотой примерно 30 см (но не ниже!) и пропорционально сократим время отстаивания. В этом случае 10-минутник, например, получится после отстаивания в течение 10 минут вместо 30, 60-минутник -- после отстаивания 60 минут и т. д.
Для того чтобы во время слива воды не взбалтывать воду и не поднимать осадок со дна, воду лучше сливать с помощью резиновой трубки -- сифона, как это делают шоферы, сливая бензин из бака.
Фракции, собранные со дна, взболтаем еще раз, дав осесть на дно случайным крупным частицам. Если отмучивать один порошок, можно получить всего один-два номера, так как других номеров в нем может просто не оказаться. Поэтому надо приготовить сначала несколько абразивов различных номеров, но обязательно одного материала, а уже потом заняться отмучиванием. Нельзя смешивать, скажем, наждак и карбид бора.
Любитель может применить более крутую "лестницу" номеров абразивов, чем указано в табл. 4. Достаточно иметь No 20, No 8, М40, М20 и М10. Можно использовать и другие номера, но важно, чтобы при переходе к новому номеру размер его зерен уменьшался примерно вдвое.
Для тонкой шлифовки нужно приготовить металлический или пластмассовый диск того же диаметра, что и зеркало. Пластмасса должна хорошо "держать" форму, это может быть плексиглас или текстолит. Толщина этих дисков должна быть, та же, что и для зеркала при разгрузке на три точки.
Кроме этих дисков, потребуется немного эпоксидной смолы, которую можно купить, в хозяйственных магазинах как эпоксидный клей. Кстати говоря, эпоксидная смола нам пригодится и при постройке трубы телескопа, поэтому надо запасти ее 2--3 набора общим весом около 500 г.
Для полировки потребуется приготовить из битума и канифоли полировочную смолу. Того и другого потребуется примерно по 0,5 кг. О способе приготовления полировочной смолы будет рассказано ниже.
Полировка ведется крокусом или полиритом, причем полирит полирует примерно вдвое быстрее крокуса. И то и другое можно попытаться достать в зеркальных или оптических мастерских. Крокус можно приготовить самостоятельно. Горидж Селби [15] предлагает несколько способов получения крокуса. Вот два простых.
1. Железный купорос прокаливается на плитке с выделением окиси железа:
4FеSO4 +O2--> 2Fе2O3 + 4SO3.
Продукт полирует медленно.
2. Гидрокснд железа Fе(ОН)2 может быть получен из профильтрованных растворов железного купороса и
гидроксида аммония NН4ОН. Выпадающий в осадок, гидроксид железа фильтруется, промывается, высушивается и прокаливается, как в первом случае. Продукт полирует хорошо. В обоих случаях получается красный крокус. Реактивы можно попытаться достать в химических лабораториях школ и других учреждений.
Рис. 9 Простой станок для шлифовки и полировки зеркала
Рассмотрим устройство простейшего шлифовального станка (рис. 9). К рабочему столу (лучше к квадратной доске-основанию) прибита одним гвоздем в центре квадратная, восьмиугольная или круглая доска, которая может с трением поворачиваться вокруг оси -- гвоздя. Начертим на ней окружность с центром на оси и диаметром несколько больше зеркала. Прибьем три деревянные пробки, высота которых на 2--3 мм меньше высоты заготовки. Эти пробки-упоры должны удерживать зеркало во время шлифовки на доске. Зеркало должно вкладываться между ними с небольшим зазором. В один зазор вставляется деревянный клин, который прижимает зеркало к двум другим упорам, и теперь зеркало совершенно неподвижно. Если же нам нужно его снять, достаточно вынуть клин. Зеркало лучше уложить на три картонные, фетровые или кожаные прокладки *).
*) Для обработки зеркала можно воспользоваться также специальным станочком, предложенным Л[. М. Шемякиным. Описание станочка можно найти в дополнениях к книге М. С. Навашина "Телескоп астронома-любителя" (3-е изд., перераб. и доп,-- М.: Наука, 1975) либо в статье А. Н. Подъяпольского, М. М. Шемякина и Г. В. Шуваева "Изготовление самодельного телескопа-рефлектора", помещенной в "Астрономическом календаре" на 1980 год. (Прим. ред.)
7. ОБДИРКА ЗЕРКАЛА
Установив заготовку на шлифовальном станке, насыплем на нее примерно с половину чайной ложки
Рис. 10. Обдирка 110- миллиметрового зеркала кольцом на поворотном станке.
грубого абразива No 25--No 20 и смочим его водой. Взяв в правую руку кольцевой шлифовальник и придерживая левой рукой доску, проведем первый штрих кольцом (рис. 10). Начинаем штрих с края заготовки и ведем кольцо до другого ее края, следя за тем, чтобы шлифовальник выходил за край заготовки не более чем на 5 мм. Сделав два-три штриха, повернем доску с заготовкой примерно на 15--300, после чего снова сделаем 2--3 штриха (рис. 11). Обдирку ведем с большим давлением на шлифовальник. Полный штрих -- движение от одного края до другого займет примерно полсекунды. Для зеркала диаметром около 150 мм скорость обдирки составит примерно 120 штрихов в минуту, Поворачивая столик с закрепленной на нем заготовкой зеркала на 300 после каждых двух штрихов, мы повернем его полностью на 3600 за 12 секунд. Это вполне подходящая скорость вращения заготовки при ручной обработке.
Рис. 11. Движение кольца относительно зеркала.
Вскоре после начала обдирки громкий хруст сменится на легкое шипение. Это значит, что абразив измельчился, и его надо заменить на новую порцию. Равномерно распределив абразив по поверхности, снова смочим его, не скупясь на воду. Во время обдирки абразив срабатывается довольно быстро и расходуется его сравнительно много. Довольно скоро заготовка покроется достаточно толстым слоем сработанного абразива, который будет мешать. Сотрем тряпкой сработанный абразив и продолжим обдирку.
Если через 20--30 минут непрерывной работы снять заготовку и к матовой поверхности приложить металлическую линейку с ровным без зазубрин краем, то можно заметить, что между линейкой и зеркалом образова