ПЕРВЫЙ СОВЕТСКИЙ ТЕЛЕСКОП-РЕФЛЕКТОР

Россия начала ХХ века почти вовсе не имела своего производства приборов точной механики и оптики. Все точные оптико-механические приборы доставлялись из-за границы, большей частью из Германии от фирмы Carl Zeiss. Только лишь в 1930гг. в нашей стране начало развиваться точное приборостроение в различных областях науки и техники, в частности - изготовление астрономических инструментов.Это новое дело возникло еще в 1928г. в Астрономическом Институте по настоятельной инициативе его директора, проф. Б.В. Нумерова. При Институте было создано констукторское бюро, которое занималось конструированием различных астрономических, геодезических и гравитационных инструментов, а опытные экземпляры их изготавливались в механической мастерской Института.

Одним из таких инструментов являлся сконструированный и законченный лишь в конце сентября 1932г. 13" рефлектор, предназначенный для установки на Горной астрономической обсерватории Института в Абастумане.

ОПТИКА ИНСТРУМЕНТА

13" рефлектор был смонтирован по типу 60" рефлектора обсерватории Маунт-Вилсон. Инструмент спроектирован для широты 42°30' +5°. Он работал в следующих 4 оптических системах, для каждлй из которых построено по специальной съемной головке:

1. Система Ньютона для непосредственного фотографирования в главном фокусе при фокусном расстоянии 1655мм.
2. Система Кассегрена в пустую ось склонения с эквивалентным фоусным расстоянием в 4.5 м. Для этой системы малая оптика состоит из: а) выпуклого гиперболического зеркала диаметром 109 мм, радиусом кривизны 1419.908 мм и толщиной 15мм и б) плоского эллиптического зеркала с осями 108 и 77 мм. Конструкция этой системы была предназначена для различных фотометрических и спектрографических исследований. Важно отметить, что как фотометр так и спектрограф укрепляются на концах оси склонения ( на одном конце оси склонения - фотометр, на другом - спектрограф), что позволяет пользоваться каждым из них в отдельности; для этого каждый раз придется переложить непольшое плоское зеркало на 180°, установленное внутри тубуса трубы и отражающее лучи в пустые оси склонения, где и установлены фотометр и спектрограф. В этой системе лучи от главного параболического зеркала отражаются на выпуклое гиперболическое зеркало, от которого вторично отражаются и попадают на плоское перекладное зеркало и направляются в ось склонения.
3. Система Кассегрена в пустую полярную ось с эквивалентным фокусным расстоянием 12.5 м. Для этой системы малая оптика состоит из выпуклого гиперболического зеркала диаметром в 104 мм и радиусом кривизны 1010.965мм. Конструкция этой системы предусматривала пользование ею следующим путем: первоначальный ход лучей совершается так же, как и в кассегреновской системе, в ось склонения. Но здесь пучек лучей попадает не в фотометр или спектрограф, а проходит через пустую полярную ось и направляется в лабораторию, расположенную около башни рефлектора. Эта система проектировалась для работы с фотоэлектрическим фотометром, разработкой которого Астрономический Институт занимался в в середине 30г..
4. Система с параллельным пучком в пустую ось склонения с диаметром в 40мм; эквивалентное фокусное расстояние равно бесконечности. Малая оптика включала выпуклое параболическое зеркало 50мм диаметром, радиусом кривизны 400мм и толщиной 12мм. Эта система предназначалась для установки кварцевого (бесщелевого) спектрографа.

-- изготовление оптики--

Зеркало рефлектора имеет 33 см в диаметре с фокусным расстоянием 1655мм и светосилой 1:5. Первоначальная шлифовка зеркала производилась грубым обдирочным карборундом до тех пор, пока не была получена почти необходимая вогнутость. После грубой шлифовки было приступлено к мелкой шлифовке при помощи более мелкого, просеянного карборунда и затем уже отмученными в 1, 5, 10 и 30 минут сортами наждака. На этом шлифовка была закончена. Полировка зеркала производилась с помощью специального полировальника, изготовленного из пека. В качестве полирующего материала употреблялся крокус (красная окись железа).В процессе полировки было приступлено к исследованию оптических качеств зеркала. Оно было исследовано методом измерения продольных аберраций по схеме Фуко. Для этой цели в мастерской Института был построен специальный прибор, служащий искусственной звездой. При нем же был устроен специальный нож, снабженный микрометрическим движением. Этим прибором зеркало было исследовано из своего центра кривизны; по теням, видимым на нем, можно было судить о характере его кривой. Исследование зеркала производилось по отдельным зонам: замерялись их продольные аберрации. Затем испытание производилось методом автоколлимации с большим плоским зеркалом, причем источник света помещался в фокусе параболического зеркала. При окончательном испытании были обнаружены аберрации, не превышающие 0.1 мм. Таким образом, точность изготовления зеркала оказалась вполне удовлетворительной. Теоретическая же точность равна 0.05 длины волны зеленого света, т.е. 1:40000мм. Самой последней стадией изготовления зеркала являлось серебрение, после которого оно было было укреплено в оправе и установлено в тубусе.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ТЕЛЕСКОПА

Окулярная часть рефлектора состояла из кремальерной трубки и установочной плиты, на которой могли быть установлены или визуальная окулярная пластина с ввинченным в нее окуляром или кассетой для непосредственного фотографирования небесных объектов на фотопластинках размером 6х6. На такой пластинке может быть сфотографирован участок неба в 30 кв. минут.

Червячная передача для часовых движений. Часовое движение рефлектора осуществялется рядом червячных зацеплений, состоящих из червячных колес и винтов. При этом вся трудность всегда заключалась в получении постоянства шага нарезаемого винта. т.е. в получении возможно меньшей периодической ошибки.

Процесс изготовления деталей червячной передачи происходил следующим образом: на винторезном токарном станке фирмы Болей и Лейлен был нарезан однозаходный винт с шагом 1.5 мм при диаметре 20мм и длиной нарезаемой части в 80 мм. Проверка простоянства шага была определена ВИМС ( Всесоюзный институт метрологии и стандартизации, бывшая Палата мер и весов) на компараторе Цейсса с точностью измерения в 0.1 мкм. В результате проверки оказалось, что винт, нарезанный в Астрономическом Интитуте, имеел постоянство шага, равное 0.2 мкм. Этим винтом приводилось в движение часовое колесо, непосредственно связанное с ним. Для уменьшения скорости движения часового колеса по отношению к часовому механизму, применительно к расчетам движения рефлектора, оказалось необходимым установить дополнительную передачу, состоящую из червячного зацепления при трехзаходном винте с шагом 9 мм и диаметром в 22 мм. Проверка постоянства шага также была произведена в ВИМС, причем точность шага оказалась равной +3 мкм, т.е. в 2 раза превзошла точность, требуемую для данного винта.

Червячное колесо нарезалось в СССР впервые. Колесо имело диаметр 480 мм с количеством зубцов 960, т.е. в течение каждых 90 секунд колесо поворачивается на 1 зубец, что соответствует одному обороту винта в 1.5 мм. В результате участия дополнительных червячных передач, часовое колесо стало совершать полный оборот за одни звездные сутки.

Нарезка колеса производилась на универсально-фрезерном станке Schuchsrdt&Schutte. Часовое колесо было предварительно проточено на шарикоподшипниках, а затем при помощи делительной головки начерно нарезано модульной фрезой с модулем 0.5. После этого окончательная нарезка производилась способом обкатки при помощи точной червячной фрезы, изготовленной Сестрорецким инструментальным заводом.

Обычно процесс изготовления червячных фрез таков: на винторезном станке нарезается винт с точно таким же шагом, диаметром и длиной, какие необходимы для червячной фрезы. После этого на фрезеровочном станке прорезаются продольные канавки для образования режущих гранией - и фреза готова. Теперь только остается подвергнуть ее термической обработке в специальной термической печи: закалке и отпуску. Эти-то операции являются наиболее опасными, т.к. при них фреза испытывает внутренние натяжения, могущие вызвать трещины и коробления. ДЛя избежания этого и достижения максимальной точности Сестрорецкий завод изготовил фрезу не на токарном станке, а на шлифовальном, т.е. винтовая и пролольные канавки были выфрезерованы специальными шлифовальными камнями на каленом цилиндре. Только лишь такой способ изготовления фрезы дал возможность достигнуть качества шага в 1 мкм. После нарезки колесо было установлено на верхней части полярной оси и введено в зацепление с червячной передачей, установленной на кронштейне. Часовое колесо вместе с червячной передачей было очень точно отрегулировано и при помощи особо установленной ременной передачи от мотора было пущено в ход и пришлифовано отмученной оселковой пылью. Операция пришлифовки продолжалась около двух недель, т.е. до получения равномерного и плавного хода.

Лимбы. Весьма серьёзной и ответственной работой оказалось деление лимбов по прямому восхождению и склонению. Трудности были увеличены еще тем, что мастерская Института не имела круговой делительной машины и поэтому всю работу пришлось выполнить на универсально - фрезерном станке, имеющем специальную делительную головку. Изготовленный лимб по оси прямого восхождения имел диаметр 350 мм и его деление произведено с точностью до 1 минуты времени, т.е. на 1440 частей. Лимб по склонению имеел диаметр 300 мм и разделен с точностью до 15' дуги, т.е. на 1440 делений.

Часовой механизм и гид. Часовой механизм - единственная серьезная часть, полученная для рефлектора из заграницы от фирмы Carl Zeiss в 1930 году. Гид был приобретен из частных рук и представлял из себя 2.5" трубу, дающую неплохие изображения. К гиду был приспособлен микрометр.

Испытания. Первые попытки произвести испытание рефлектора по звездам были сделаны 3 сентября 1933 года. Но тогда еще ничего нельзя было сказать о качестве рефлектора, т.к. зеркало еще не было в должной мере отцентрировано. Лишь только 14 сентября, во время лунного затмения, удалось установить удовлетворительные качества рефлектора. В этот вечер удалось практически определить величину разрешающей силы, оказавшейся равной около 0.7". Теоретически требуемая величина разрешающей силы равна 0.5". Определение разрешающей силы произведено по наблюдениям двойных звезд. В частности наблюдались двойные е1 и е2 в созвездии Лиры, которые очень четко делились на пары. Очень хорошо были видны также звездные скопления Геркулеса, Большая туманность Андромеды, различные объекты лунной поверхности и т.д.

ЗАДАЧИ РЕФЛЕКТОРА

При помощи фотоэлектрического фотометра предполагалось систематическое изучение изменения яркостей переменных типа Алголя и Цефеид, а также определения их цвета; изучение изменения яркостей спутников планет и астероидов, по преимуществу объектов со слабой амплитудой в изменении яркостей. При помощи бесщелевого кварцевого спектрографа предполагалось изучение УФ части спектра и изучение физического строения комет. Рефлектор предназначался для использования при различных исследованиях Солнечной поверхности. Кроме того ставилась задача установления однородной системы фотографических и визуальных величин, изучение природы темных туманностей путем изучения их цвета, а также распределения их в пространстве. Также были поставлены задачи спектрографических исследования отдельных звезд с помощью кварцевого спектрографа, а с помощью фотоэлектрического фотометра - изучение яркости спектрально-двойных систем.

Статья подготовлена О.Н.Санкиным по материалам Русского Астрономического календаря, XXXVI, 1933 год)