Элементы крепления главного зеркала.

Главное зеркало расположено на треугольном юстировочном столике из  10мм фанеры, имеет три точки опоры и крепится к нему  тремя захватами из оцинкованной жести. Юстировочный столик опирается в центре на головку самореза, который закручен в нижнюю плиту. На концах треугольника есть отверстия, через которые самрезы закручиваются в тело нижней плиты и натягивают юстировочный столик. Таким образом, юстировочный столик, с располженным на нем главным зеркалом, жестко закреплен и путем откручивания/закручивания саморезов может наклоняться относительно оптической оси (рис.28).

В случае с 300мм зеркалом принципиальный отличий нет, но кое-что все же отличается. Параболизация прошла быстро, всего за два сеанса, общей продолжительностью 15 мин.По сравнению с предыдущим, 300мм зеркало, из-за большого фокусного расстояния  находилось намного дальше, и поэтому, границы теней имели низкое разрешение. Порой сложно было установить на какой именно метке располагалась граница зоны. В большой массе стекла были уже заметные тепловые деформации и они вносили свой вклад. Оценка промежуточных зон велась приблизительно. Более-менее точно была измерена только общая продольная аберрация, а о промежуточных зонах можно только сказать, что они не имеют резких переломов, аберрация изменяется равномерно и общая поверхность похожа на параболическую.

После тщательных измерений вырисовывается неплохая картина. За начало отсчета принята зона 0.7D, и начиная от нее, к краю идет равномерная  парабола, перепараболизации нет. Следуя от зоны 0.7D к центру видно, что начинается постепенное уклонение к сфере и центральная часть диаметром 150мм сферическая.

Передвинувшись на шаг дальше от зеркала, на отметку х3, теневая картина становится еще более выразительной  (рис.22). Уже хорошо просматривается очертание зоны 3, ее граница становится резче. Просматривая плавный переход от зафокальной зоны к предфокальной, зрительное воображение  выбирает где-то в полутени условную границу, мысленно замыкая ее по кругу.

То, что идентифицировать границу тени на внутренних зонах сложно, на самом деле хорошо, т.к. параболическая поверхность не имеет резких перекосов и вначале пути мало отличается от сферы.

Пароболизация. Процесс вплотную дошел до параболизации. Для порядка приведу немного теории и расчет параметров параболоида.

Бесконечно удаленная звезда фокусируется в фокусе параболического зеркала в виде точки. Но при испытании из центра кривизны изображение искусственной звезды разлагается сферической аберрацией. Центральная зона параболического зеркала имеет большую кривизну, чем периферия. Это выглядит как яма в центре и заваленный край относительно сферы. В процессе параболизации сферическая аберрация будет увеличиваться  пока не  достигнет расчетных значений. Центры кривизны центра и края на оптической оси отстоят друг от друга на величину х, называемую максимальной продольной аберрацией. Для параболоида:
       х=r2/2R            (2), где, r2 –квадрат радиуса зоны, в мм ( от 0 до 150мм), R --радиус кривизны зеркала, мм.

Максимальная продольная аберрация для D=300mm (r=150) R=2600мм,  составляет х=4,00мм.

Используя метод равных аберраций разобьем х на равные интервалы с шагом 0,5мм и, задавшись х определим, соответствующие радиусы зон r.
х, мм           r, мм            dх, мм
0,5               51             +-0,15
1,0               72                0,11
1,5               89                0,08
2,0              102               0,08
2,5              116               0,07
3,0              125               0,06
3,5              135               0,06
4,0              145               0,05  ,  где dх -- допустимая погрешность.

Для получения точности поверхности 1/16 лямбда, необходимо измерять х с точностью 0,05мм, r с точностью 1мм и R c точностью 30мм.

Для получения параболы использовался метод, описанный в книге Д.А.Наумова «Изготовление оптики для любительских телескопов-рефлекторов и ее контроль» (стр.126). В основе этого метода лежит свойство малого полировальника (диаметром 0.7D  с отформованной звездой) активно сполировывать центральную часть и внешнюю зону именно в тех пропорциях, которые наиболее близки к параболической форме. Используя центральный штрих и значительный вынос (от центра на 0.5-0.7R) сферическая поверхность плавно трансформируется в параболическую, и когда максимальная аберрация (разность радиусов кривизны центральной и краевой зоны) приблизится к расчетной, то промежуточные зоны даже не требуют корректировки.  Это метод заслуживает  большого доверия, он очень быстро и с первого раза позволил добиться параболической поверхности на 165мм 1:3,5 и на 300мм 1:4,5 зеркалах.

Ретушь сферической поверхности очень деликатное дело, здесь главное не торопиться. Сеансы полировки должны быть короткие ок. 5 мин. Зеркало в воде не моем, а вытираем сухой тряпкой и даем время 10-15 мин. для выравнивания температуры. Я работал в х/б перчатках, чтобы тепло от рук не передавалось на стекло. Теневой прибор и зеркало во время испытаний должны быть расположены вдали от источников тепла.  Даже сквозняк от открытой форточки настолько размывал теневые картины, что совершенно невозможно было вести наблюдения. Любопытно было наблюдать за появлением бугра на поверхности после того как приложишь большой палец и подержишь его полминуты. Все это говорит о высочайшей чувствительности теневого метода.

Выключив свет и удобно расположившись у теневого прибора, погружаешься в необыкновенную атмосферу теней, приходит ощущение, что проникаешь в микромир.

Слегка надавливая на основание прибора заставляешь нож перемещаться на доли миллиметра и видишь как тень расплывается по зеркалу, проявляя разные участки в разных ракурсах.Ощущаешь себя мастером-оптиком 19 века и для полной гармонии не хватает только керосиновой лампы с отверстием в фольге, которую использовал Чикин. Иногда удается добиться того, что тень начинает одновременно двигаться навстречу самой себе, что говорит о том, что поймана самая вершина светового конуса с высокой точностью. В этот момент на отсчетном устройстве устанавливаем  ноль и начинаем промеры продольной аберрации с этого места.

Зеркало D=165мм 1:3,5 имеет настолько выраженные теневые картины, и очень качественные их фотографии, что я продолжу описание получения параболы именно на его примере.

Рассчитаем максимальную продольную аберрацию х. Разобьем величину х на пять-шесть равных интервалов. Например,    от 0 до 0,5мм х1=0,5мм; от 0,5 до 1,0мм х2=1,0 мм  и т.д.  х3=1,5мм; х4=2,0мм; х5=2,5мм; х6=3,0мм. Из формулы (2) выражаем r, подставляем х1-х6 и получаем соответствующие радиусы зон r на зеркале, для которых данная аберрация является вершиной светового конуса                                                                                                                                                                                    r=\/х/2R  ,                  (3)

Нож Фуко, находясь в точках х1-х6, должен быть в фокусе зон r1-r6, тогда поверхность можно считать параболической. Во всех нижеприведенных фото нож вводился в световой пучок справа налево. Движение тени и ножа в одну сторону означает предфокальное его положение, а движение  тени навстречу ножу – зафокальное.

На рис.20 видно, как ровная прежде граница тени, начинает размываться в пределах зоны с радиусом r1. Это значит, что нож расположен очень близко к фокусу этой части зеркала.

Получениие сферы. Стартовой поверхностью перед параболизацией служит сфера. Первое, что бросилось в глаза при «первом свете»--это недополированность средней зоны (рис .17). Темная зона явно плохо отражала свет, что было вызвано остаточной матовостью. Теневой профиль показывал наличие бугра в центре.

Продолжая работать длинным штрихом, остаточная матовость сполировалась и начал появляться заваленный край, но бугор в центре упорно не хотел сполировываться. Он был достаточно высок, его продольная аберрация достигала 4 мм. Было принято решение применить малый полировальник диаметром 2/3 R. И через 15 мин. можно было видеть хороший профиль сферического зеркала (рис. 18).

Для исправления этого отклонения я увеличил вынос зеркала с полировальника до 1/3 радиуса. Прополировав еще час картина стала еще приятнее и уже появилась необходимость проведения теневых испытаний. По окончании работы полировальник и зеркало я хранил отдельно, а перед началом на следующий день проводил формовку с дополнительным грузом. В течении 20 мин. на зеркале стояло 5л ведро воды и через каждые 2 мин.  совершалось несколько движений (рис.14). Это позволяло вернуть полировальнику форму зеркала.

                                                                        3.ПОЛИРОВКА.
На этапе полировки тонкий матовый слой заполируется и поверхность станет оптически гладкой и получит способность без рассеяния отражать свет. В качестве полирующего материала я использовал крокус—окись железа, тонкий порошок коричневого цвета, применяется для приготовления грунтовки при покраске металлоконструкций.

Изготовление полировальника.
Особую важность имеет полировочная смола. Первые опыты с  канифольно-битумным составом оказались неудачными (еще при полировке 165-мм зеркала).Тогда прорыв в действии был связан с использованием касторового масла в качестве размягчителя канифоли.

В консервной банке, на слабом накале электроплиты расплавляем  канифоль  в таком количестве, чтобы ее хватило покрыть шлифовальник слоем  5-8 мм. Хорошо размешиваем и выбираем такую температуру плиты, при которой смола не густеет и не закипает. Добавляем небольшими порциями касторовое масло, ориентировочно 2%. После добавления каждой порции тщательно перемешиваем и деревянной палочкой берем пробу. Даем пробе остыть и определяем вязкость по нажатию ногтем большого пальца. Если после длительного нажатия на смоле остается слабый след, то вязкость подходящая.

Заливку смолы на поверхность шлифовальника выполняем в следующей последовательности. Подкладками выставляем шлифовальник горизонтально, это  легко определить, поставив в центр полную кружку с водой, и наблюдая за ее краем. Вырезаем из картона бортик и плотно стягиваем его вокруг шлифокальника изолентой. Снимаем его и пропитываем водой, чтобы он не приклеивался к смоле. Шлифовальник ставим под кран с теплой водой и подогреваем его. Вытерев насухо выпуклую поверхность шлифовальника, одеваем мокрый картонный бортик и сразу же начинаем выливать смолу. Заливку начинаем с середины и равномерно, не торопясь, по спирали двигаемся к краю. Следим за тем, что бы в центре был небольшой избыток смолы.

Сдвиг зеркала на 1/4- 1/3 его радиуса автоматически  ведет к сферической поверхности. Сдвиг более 1/3 выражается в появлении заваленного края и ямы в центре (рис.8.1), такое отклонение сложнее всего исправлять, для этого нужно укоротить  вынос  до  1/4  и менее. Короткий сдвиг менее 1/4 приводит к другой форме отклонения – подвернутый край и бугор в центре, легко устранимая погрешность, исправляется увеличением выноса более 1/3. Наблюдая за характером стирания креста от маркера можно постоянно контролировать форму зеркала на ранних стадиях. При шлифовке микропорошки М20 и М14 уже слышно легкое шипение. Зеркало не снимаем для промывки, а вымываем шлам обильным добавлением воды.