МОО АГО - Глава 2 (продолжение)

Глава 2 (продолжение)

Буквально в каждой книжке по любительскому телескопостроению указано: стекло не должно иметь внутренних напряжений. Это настолько важно, что и я считаю своим долгом высказаться на данную тему. Обязательно проверьте заготовку на внутренние напряжения! Можно сделать это при помощи двух фотографических поляризационных фильтров, как описано в традиционной литературе по телескопостроению, но в наше время, пожалуй, проще воспользоваться одним поляризационным фильтром и экраном планшета или ноутбука, свет от которых линейно поляризован. Сделайте экран белым (хотя бы войдя в текстовый редактор и не выведя на экран никакого текста), поместите перед экраном заготовку и рассматривайте ее сквозь поляризационный фильтр, медленно вращая его. Поляризационный фильтр держите поближе к глазу. Если при вращении фильтра заготовка равномерно затемняется и столь же равномерно освещается, то вам повезло: она лишена внутренних напряжений. Если же вместо равномерного затемнения вы видите «крест» (рис. 19), или нечто напоминающее логотип известной южнокорейской фирмы «Хёндэ», или какие-то узоры, то такая заготовка очень плохо отожжена, и я от души не рекомендую пытаться превратить ее в зеркало. Такое зеркало сохранит свою фигуру лишь при той температуре, при которой оно обрабатывалось. Оно обязательно покоробится прохладной ночью и еще не факт, что восстановит первоначальную форму при внесении в дом. Фигура плохо отожженного зеркала может навсегда испортиться и от других причин. Однажды я взялся «натереть параболу», опрометчиво не проверив стекло на внутренние напряжения. Когда работа близилась к концу, стеклянная баночка с полиритом, выскользнув из моих усталых пальцев, упала на зеркало, не разбив его и даже не оставив отметины. Но фигура зеркала была подпорчена, чего по идее не должно было случиться. Заинтересовавшись этим явлением, я наконец-то проверил стекло при помощи фильтра и ноутбука и увидел «крест». С тех пор, держа в руках плохо отожженное зеркало, я борюсь с искушением выйти на какой-нибудь замусоренный пустырь и, уподобившись дискоболу, метнуть такое изделие подальше. Не делаю этого только потому, что в оптическом хозяйстве пригодится и такое стекло – для «обдирки» более крупного зеркала, например.

Так выглядит «параболическое» зеркало при теневом испытании из центра кривизны.

Рис. 19. «Крест» при испытании заготовки для зеркала в поляризованном свете. Это стекло очень плохо отожжено.

Разумеется, испытывая заготовку на внутренние напряжения, надо пройтись фильтром по всей его поверхности. Если в центре заготовки напряжений нет, то еще не факт, что их не будет по краям. Бывает и так, что испытание показывает наличие небольших напряжений. «Креста» или «логотипа» при этом нет, но зато там и сям наблюдается не совсем равномерное затемнение. Это небольшие местные напряжения. Таковым, например, оказалось упомянутое выше зеркало телескопа А.А. Михеева. В принципе и из такой заготовки можно изготовить зеркало, если другой заготовки не достать. Лишь в одном случае годная заготовка может иметь значительные внутренние напряжения: если она ситалловая. При практически нулевом коэффициенте теплового расширения ситалла фигура зеркала не испортится от перепадов температуры и при наличии в нем напряжений. А от ударов, я надеюсь, вы его убережете.

Часто спрашивают: нельзя ли самостоятельно отжечь стекло с внутренними напряжениями в какой-нибудь печи? Не советую браться за это дело, если только вы не профессиональный стекловар с профессиональным оборудованием. Чтобы избавиться от внутренних напряжений, температуру сильно разогретого стекла нужно снижать чрезвычайно медленно – как минимум в течение нескольких суток, если не недель! – да еще по специальному графику. Для любителя это чересчур сложная задача.

По той же причине не следует пытаться спекать в печи два или несколько стеклянных дисков, добиваясь увеличения толщины заготовки. Результаты таких экспериментов, мягко говоря, сомнительны. При современном изобилии всевозможных товаров и услуг будет просто странно, если, поискав немного в Интернете, вы не найдете подходящую вам по размерам и марке стекла заготовку для главного зеркала. Но голь на выдумки хитра: некоторые любители по-прежнему пользуются методом «верчения кастрюли», вырезая заготовки из витринного стекла и даже из кинескопов старых телевизоров. Можно также использовать конденсорные линзы подходящего (большого) диаметра. Придется только перед началом работы сошлифовать вершину выпуклой части конденсорной линзы до плоскости, поскольку должны же вы крепить за что-то зеркало в телескопе, а при необходимости параболизации зеркала – и при этой операции! В итоге получится облегченное зеркало с тонким краем, примерно такое, как показано в книге Д.А. Наумова «Изготовление оптики для любительских телескопов-рефлекторов и ее контроль».

В любом случае заготовка должна иметь строго круглую в плане форму и не иметь заметной косины, под которой подразумевается разница в толщине стеклянного диска на разных его краях. Косина – одна из причин появления астигматизма на зеркале при его обработке. Желательно истребить ее полностью еще в самом начале работы. Также очень возможно, что доставшаяся вам заготовка будет иметь выколки на краю. Мелкие выколки не страшны, они уничтожатся при снятии фаски, а более крупные придется зашлифовать. При неглубоких выколках и толстой заготовке можно сошлифовать на стальной или чугунной плите всю поверхность заготовки до полного уничтожения выколок, периодически обновляя фаску для предотвращения новых выколок, но если выколка (от души надеюсь, что она всего одна на рабочей стороне вашей заготовки) глубока, то придется бороться конкретно с ней. Да, после сошлифовки выколки рабочая часть зеркала уже не будет строго круглой, поскольку из нее «выпадет» сошлифованный сегмент, однако сделать это нужно. Может случиться и так, что вам попадется заготовка с центральным отверстием. Для начинающего любителя это плохой вариант, особенно если отверстие настолько велико, что ближайшая к отверстию зона зеркала не будет затенена вторичным зеркалом телескопа. Не получить завал поверхности вблизи отверстия при фигуризации зеркала будет весьма трудно. «Ослабление» центральной зоны полировальника помогает не всегда. Помните: главные неприятности почти всегда связаны с краем зеркала, а при наличии центрального отверстия вам придется иметь дело с двумя краями, внешним и внутренним. Это обстоятельство сильно осложняет жизнь самодеятельному телескопостроителю.

Эти строки я пишу под свежим впечатлением от фигуризации 380-мм зеркала с центральным отверстием диаметром 100 мм. Разглаживание подвернутого края зеркала приводило к появлению кольцевой ямы вокруг центрального отверстия, а при ликвидации ямы вновь возникал подвернутый край. Местная ретушь помогала делу, но приводила к появлению мелких зональных ошибок, а их сполировывание вновь портило края. Тришкин кафтан, честное слово. Успех в конце концов был достигнут, но скольких часов труда это стоило!

Хотя надо признать, что относительно тонкие зеркала как раз и можно крепить в телескопе (и при теневых испытаниях) за центральное отверстие при помощи входящей в него металлической трубки соответствующего диаметра. При этом крайне полезно облегчить края зеркала фрезеровкой с тыльной стороны, сняв до 30% массы стекла⁴,– или просто использовать в качестве зеркала крупную конденсорную линзу, высверлив отверстие в ее середине. Деформации зеркала при таком методе крепления обычно незначительны, если не гнаться за совсем уж тонкими зеркалами. У тех, кто еще не «тёр стекло», часто возникают вроде бы логичные, а на деле смешные вопросы. Вспоминают, например, Роберта Вуда с его «ртутным телескопом»⁵ и, здраво рассудив, что, во-первых, вдыхание паров ртути пользы не приносит, а во-вторых, что хорошо бы наводить телескоп куда захочется, а не только в зенит, интересуются: почему бы точно так же не раскрутить в некоем низком и широком сосуде некоторую жидкость, которая при затвердении превратится в точную параболу? На роль жидкости часто предлагают эпоксидную смолу. Вынужден разочаровать: ничего хорошего не получится. Затвердение смолы или застывание жидкого металла будут сопровождаться таким короблением, что можно сразу забыть о какой-либо оптической точности поверхности зеркала. У той же эпоксидной смолы коэффициент объемной усадки при затвердении составляет 0,4%, и наивно мечтать о том, что затвердевшая поверхность сохранит точную параболическую форму. Все равно придется шлифовать, а затем полировать и фигуризовать эту поверхность. В итоге вы выиграете лишь во времени, необходимом для вышлифовывания в зеркале первоначального углубления, но фатально проиграете в качестве зеркала, которое у вас будет выполнено из негодного материала.

Не огорчайтесь: если вы сами подумывали о подобной «рационализации», то допустили примерно ту же ошибку, что и директор НАСА Дэниэл Голдин, публично заявивший в 1996 году, что стеклянное главное зеркало орбитального телескопа им. Хаббла, сильно облегченное, но все же имеющее массу свыше 800 кг, – дань устаревшим представлениям, а новый космический телескоп должен иметь легкое зеркало мембранного типа. Прошло много лет, а телескоп с главным зеркалом-мембраной так и не создан. С появлением 3D-принтеров вопросы зазвучали иначе: почему бы просто-напросто не напечатать зеркало рефлектора на таком принтере? И вновь я должен огорчить любителей простых решений: ничего не выйдет. И материал категорически не тот, и добиться нужной точности поверхности никоим образом не удастся. Напечатать-то можно, но результат печати отправится прямиком на помойку.

В ряде источников рекомендуют брать в качестве заготовок «бутерброды» из двух тонких стеклянных дисков, склеенных «жидким стеклом» или эпоксидной смолой через стеклянные прокладки или даже напрямую. Увы, практика показала малую жизнеспособность подобных ухищрений. Ни мне, ни более опытным моим коллегам не известен ни один хороший любительский телескоп с зеркалом-склейкой. Возможно, вам попадались на глаза описания изготовления астрономических зеркал из металла и уверения авторов в хорошем качестве таких зеркал и якобы сравнительно небольших усилиях для его достижения. Чаще всего в качестве пригодного металла рекомендуются твердый дюралюминий, нержавеющая сталь и, реже, бронза. Возможно, вы даже присмотрели для себя подходящий металлический диск. Дам добрый совет: отложите его в сторону. Во всяком случае, пока. До времени. Когда вы «набьете руку» на стекле, тогда и придет время экспериментировать с металлом, если вам по-прежнему будет этого хотеться. Но не раньше. Причина проста: стекло, ситалл и плавленый кварц ведут себя довольно предсказуемо; металл – куда более прихотливо. «Физика» шлифовки состоит в выкрашивании материала заготовки острыми углами зерен абразива, катающихся между зеркалом и шлифовальником. Из этого следует, что материал зеркала должен быть хрупким, чтобы абразив именно выкрашивал его, а не царапал или размазывал. Недаром телескопостроители прошлых веков использовали специальную астрономическую бронзу – твердый и хрупкий сплав, содержащий порядка 40% олова. Но такой сплав в наше время трудно найти, а еще труднее получить самостоятельно: отлить заготовку без пузырей с первой попытки гарантированно не удастся. Ваше счастье, если получится с десятой. Уильям Гершель проделал сотни опытов с отливками заготовок для зеркал, прежде чем добился сносного результата!

Уточняю: сносного по меркам того, восемнадцатого столетия...

Оптики-профессионалы утверждают, и я советую прислушаться к их мнению: с металлическими зеркалами лучше не связываться. Правда, в музее Пулковской обсерватории выставлено довольно крупное зеркало, изготовленное из нержавеющей стали, но подумайте сами: разве оно попало бы в музей, если бы было пригодно к работе по прямому назначению? Не усложняйте себе жизнь – вот к чему я призываю. Да, надо признать: производство оптики – довольно консервативная область техники, несмотря на современные технологические изыски вроде ионной полировки и асферизации зеркал напылением (о чем любитель может лишь мечтать). С одной стороны, что в хорошего в техническом консерватизме? С другой – и от него есть польза. Ведь за столетия «терки стекла» оптики наработали немало приемов, помогающих относительно легко добиться желаемого результата. В итоге любителю лучше всего иметь дело со стеклянным диском, причем цельным, а не склеенным. Не так уж трудно раздобыть 150-200-мм заготовку подходящей толщины и без внутренних напряжений. Возможно, это будет даже легче, чем вам кажется.

¹В первом издании книги Л.Л. Сикорука «Телескопы для любителей астрономии» приводятся неверные (уменьшенные) толщины заготовок.

²Межрегиональная общественная организация «Астрономо-геодезическое объединение», преемник знаменитого ВАГО – Всесоюзного астрономо-геодезического общества.

³Зеркала из модного ныне в профессиональной среде карбида кремния не рассматриваю: мне чрезвычайно трудно предположить, что в распоряжении рядового любителя может оказаться диск из этого материала, не говоря уже о наборе алмазных порошков для его обработки.

⁴Очень терпеливый человек, располагающий большим количеством грубого абразива, может облегчить край зеркала и шлифовкой, но рекомендовать такой образ действий я не могу: затраты времени и усилий будут чрезвычайно велики и вряд ли оправданны. Начинающему любителю лучше направить свой энтузиазм в более полезное русло.

⁵В наше время телескоп с вращающимся 6-метровым ртутным зеркалом работает в Канаде и являет собой прекрасный пример исключения, подтверждающего правило. Речь идет о LZT (Large Zenith Telescope).