Как сделать телескоп книга
Проектирование и изготовление телескопа
Говорят, что если человек приобрел телескоп и использует его для наблюдений, то через некоторое время он обязательно захочет другой, получше. Так случилось и со мной. У меня есть телескоп PowerSeeker 127мм, но захотелось лучшего. По этой причине я даже было дело собрался точить свое зеркало, но позже обнаружил, что на AliExpress можно за недорого приобрести 200мм зеркало. Главное зеркало вместе с диагональным выходили где-то 6000 рублей с доставкой. Это очень дешево. На снимке выше, как раз такое зеркало, только что прибывшее по почте из Китая.
Купить-то купил, но это же не готовый телескоп. Нужна труба, держатель главного зеркала, диагонального, юстировки, фокусер. Как их изготовить самостоятельно? Решил, что по возможности буду печатать необходимые детали на 3D принтере. Но для этого их нужно еще спроектировать. Или найти дизайн в интернете.
Если поискать в интернете, то, конечно, «телескопы уже печатали». Вот примеры проектов:
Рассчет телескопа я делал в онлайн калькуляторе «Расчёт телескопа системы Ньютона».
На рисунке выше обозначены некоторые необходимые для постройки телескопа параметры. Для каждой значимой величины калькулятор высчитывает необходимое значение, нужно только задать исходные: плотность стекла главного зеркала, диаметр, фаску, диаметр и длину трубы и прочее.
Рассчет заставил посмотреть поближе на задачу. Я уже читал книгу Сикорука «Телескопы для любителей астрономии» и в общих чертах многое себе представлял. Так, я знал, что большие и тонкие зеркала правильнее всего устанавливать по специальной схеме разгрузки. Например, для моего нового 200 миллиметрового зеркала весом 1306 граммов выходило, что оно должно лежать на шести точках. Программа делает рассчет так, что на каждую точку разгрузки приходится одинаковый вес части зеркала, при этом, тяжелое зеркало не должно критически изгибаться под собственным весом, ведь изгиб зеркала — это искажения.
Еще большие зеркала разгружают на 9, 18 и более точек. Как при этом физически изготовить эти шесть точек разгрузки? При шеститочечной разгрузке делаются специальные «коромысла», две точки зеркала опираются на одну точку — ось вращения коромысла.
Сразу скажу, что по ссылке приведенной выше, тот же «Open Source DIY Telescope..» не использует 6 точек разгрузки, а использует только три. Я же хотел сделать все более правильно, хотя, конечно, у меня нет абсолютно никакой уверенности, что у меня получилось задуманное. Я надеюсь реальные испытания покажут был я прав или нет.
Начал проектирование я с самых массивных деталей держателя главного зеркала. Честно скажу, что я не люблю печатать массивные детали на 3D принтере. Это чрезвычайно долго и не всегда получается, например, внезапно может отключиться электричество. Кроме того, эти большие детали должны быть крепкими, и значит должны иметь большую степень заполнения. Это я буду очень долго печатать такое. Поэтому с самого начала я подумал, что массивные детали закажу на производстве с ЧПУ фрезером, а остальное буду делать сам.
Первая деталь — опора держателя главного зеркала. Она же — крепление зеркала в трубу и часть юстировочного механизма:
Отверстие по центру необходимо для вентиляции зеркала. При выходе с телескопом на улицу зеркало должно принять температуру окружающей среды. Поэтому нужна хорошая вентиляция внутреннего пространства трубы.
Вторую деталь я называю «треугольник»:
Разработка многих деталей во FreeCAD ведется в два этапа — сперва вычерчивается так называемый «скетч» — это проекция детали на плоскость, потом из него выполняется например выдавливание (Pad) или выемка (Pocket). Скетч выглядит как настоящий чертеж, где задаются все параметры. Для моего треугольника скетч выглядит вот так:
Я по неопытности задавал каждый параметр вручную и только потом понял, что это не очень грамотно. На самом деле правильнее было бы задавать одинаковые параметры в виде переменных и таким образом получилась бы полностью параметрическая модель. Ну чтож, век живи — век учись. Обратите внимание, что в окне «Solver messages» отобразается зеленым цветом «Fully constrained sketch». Это значит, что для вычислителя FreeCAD все ясно и он может однозначно определить геометрию детали по заданным параметрам.
Треугольник — простая деталь с одной операцией типа «выдавливание», в терминах FreeCAD — это операция «Pad».
Треугольник висит на трех юстировочных винтах над опорой. За счет этих винтов может слегка наклоняться относительно опоры. В опоре и в треугольнике я предусмотрел отверстия, куда потом будут запресовываться высокие гайки М6.
И опору и треугольник мне вырезали на ЧПУ станке из клеенной ДВП. Получилось вот так:
У каждой вершины треугольника два винта. Один тянет на себя, другой толкает от себя. В совокупности это позволяет наклонять треугольник и соответственно главное зеркало относительно опоры при настройке телескопа. Вот вид с обратной стороны:
Итак, как я уже сказал, я решил многие детали печатать на 3D принтере. Разработанное мною во FreeCAD коромысло должно выглядеть вот так:
В коромысло с двух сторон я впресовываю металлический шариковый подшипник. Эти подшипники обеспечивают плавное покачивание коромысла на своей точке опоры. Таких коромысел должно быть три.
Во FreeCAD я спроектировал и другие части крепления зеркала: держатель коромысел и и боковые ограничители. Потом я попытался собрать все детали в единую 3D модель, чтобы увидеть, как это все будет выглядеть:
Как я понял FreeCAD поддерживает систему так называемых Addon — специальных модулей расширения. Один из возможных внешних модулей расширения — это Workbench a2plus, который как раз и позволяет моделировать сборку из нескольких деталей. Мне пришлось опять учиться и смотреть обучающие ролики на youtube, чтобы в каком-то минимуме освоить a2plus. интересно, что этот инструмент, так же, как и сам FreeCAD использует систему констрейнтов, которые позволяют привязывать уже в 3D пространстве отдельные детали между собой. Снимок экрана выше как раз показывает такую сборку.
Простейший пример соединения деталей через констрейнт в a2plus показан на рисунке ниже:
Я выбираю два круглых ребра двух разных деталей через клавишу Ctrl и на тулбаре выбираю кнопку circularEdge constraint. Это позволяет мне разместить эти детали на одной оси на заданном расстоянии. После этого коромысло оказывается привязанным.
В реальной жизни вся сборка получилась вот такая:
Зеркало должно без усилий вставляться и просто лежать на коромыслах, при этом не болтаться из стороны в сторону. Все эти печатанные детали выполнялись со 100% заполнением для максимальной прочности.
Лежать «разгружаясь на 6 точек» по моей задумке зеркало должно вот так:
Установленное и закрепленное клипсами зеркало (на поверхности капли спирта, отмывал от случайных отпечатков пальцев):
Потом вся эта конструкция была вставлена в заранее изготовленную трубу и закреплена.
Кроме оправы главного зеркала пришлось разрабатывать во FreeCAD и печатать узел крепления и юстировки диагонального зеркала, а так же фокусер. Честно говоря фокусер вызывает у меня наибольшие опасения. Пока не придумал, как надежно сделать подачу фокусера и в настоящее время он у меня держится просто за счет трения. Вот оправа фокусера:
Внутрь я вклеил 3 фторопластовых тонких полосочки и уже потом туда вставляется сам фокусер, а уже в него окуляр:
Мне так не терпелось испытать телескоп, что я установил фокусер просто на двусторонний скотч. Да и монтировки у меня пока нет. Просто хотелось увидеть хоть что нибудь. Пока нет монтировки я могу положить телескоп на сушилку белья и смотреть только на удаленные дома и антенны:
В целом, мне кажется, что работает! Отъюстировал быстро с помощью лазерного коллиматора — никаких особых проблем здесь не возникло. Кирпичи на пятиэтажке напротив выглядят весьма детально. Антенны тоже.
Следующий этап марлезонского балета — это изготовление монтировки Добсона и полевые испытания. Но это уже другая история.
Что касается FreeCAD, я рад что познакомился с ним. Он не вызывает у меня отрицательных эмоций, вполне рабочий инструмент. Я понимаю, что знаю его слишком мало и почти ничего не умею. Но я вижу, что документация есть, обучающие ролики есть. Смысл в освоении этого инструмента так же есть.
Как самому сделать телескоп – мощное самодельное устройство типа рефлектора Кеплера своими руками
Предлагаем изготовить качественный и очень дешевый самодельный телескоп для начинающих астрономов. Вам потребуется не более 15 евро, чтобы купить линзы, при этом вы получите превосходное, профессиональное изображение. С помощью этого мощного телескопа вы сможете разглядывать, словно глобус, Юпитер и Венеру, сможете рассмотреть кольца Сатурна, сотни кратеров и других объектов на поверхности Луны. Изучая небо в ясную погоду, вы даже можете увидеть четыре крупнейшие спутника Юпитера (галилеевы луны).
Шаг 1: Линзы и их параметры
Телескоп представляет собой небольшой рефрактор Кеплера. Он дает увеличение примерно в 20 раз, что достаточно для начала астрономических наблюдений за небесными телами. Изображение в нем будет перевернутым, поэтому не рекомендуется использовать его в качестве подзорной трубы для наблюдения за земными объектами.
Повернуть изображение с головы на ноги можно, применив в конструкции плюсовые (положительные) линзы, но качество изображения всегда будет ухудшаться при использовании дополнительных оптических элементов. Для астрономов не так существенен переворот объектов, т.к. всегда предпочтительнее четкие и контрастные изображения, а в космических масштабах нет никакого смысла в земных направлениях.
Наиболее важными частями телескопа являются линзы. Возможно, вам хотелось бы использовать простые стекла от очков, пылящихся в старых коробках на чердаке, но есть две причины, по которым следует избегать этого. Во-первых, вы никогда не узнаете точный фокус и вряд ли сможете подобрать стекла с оптимальными параметрами для постройки телескопа. Вторая причина, это жесткие факторы оптики: обычные стекла от очков или лупы не могут передавать изображение объекта без искажений.
У таких линз присутствуют две очень серьезные проблемы: сферическая и хроматическая аберрации (даже одна из них может полностью испортить изображение, но эти искажения всегда присутствуют вместе). Поэтому, любая попытка построить телескоп с линзами от очков или обычными лупами, заканчивается разочарованием, когда наблюдатель пытается разглядеть в такое устройство звезду или планету. Объект в таком телескопе виден как нечеткое радужное пятно, на котором невозможно разглядеть какие-либо четкие детали. Поэтому, если вы решили создать свой собственный маленький телескоп, не используйте простые линзы, а следуйте этой инструкции, и у вас будет недорогой, полупрофессиональный инструмент.
Для хорошего телескопа оптимальным выбором будут ахроматы. Ахромат состоит из двух (собирательной и рассеивающей) линз. Они изготовлены из неодинаковых по дисперсии света сортов оптического стекла, что почти полностью нейтрализует хроматическую аберрацию. Ахроматы начального уровня склеены (известны как «склеенные ахроматы») и передают очень четкое изображение при использовании их в телескопах. Вы должны раздобыть себе такие линзы, чтобы построить телескоп с превосходной видимостью.
Данные линзы можете найти в продаже в интернет-магазинах. Чтобы собрать телескоп своими руками вам понадобятся три линзы. Две одинакового размера, а третья – большего размера. Теперь рассмотрим устройство рефрактора Кеплера.
Шаг 2: Рефрактор Кеплера
На рисунке представлена схема очень старого и очень простого способа увеличения удаленных объектов. Параллельные лучи света от объекта достигают большой линзы объектива с большим фокусным расстоянием, преломляются и сходятся в точке фокусировки, далее они попадают в короткофокусный окуляр малого диаметра, который увеличивает изображение. Большая линза – это объектив, маленькая – окуляр. Сложенные вместе длины фокусных расстояний объектива и окуляра составляют длину телескопа, а соотношение линз – его увеличение. Если вы соедините две одинаковые ахроматические линзы, как показано на рисунке, вы получите отличный окуляр с двойным увеличением, названный окуляром Plossl. Таким образом, мы используем в проекте 3:
Объектив (5 евро): фокусное расстояние 250 мм, диаметр 30 мм, арт. №: 569.OAL – это число, по которому вы можете идентифицировать линзу объектива.
Информацию по этой линзе вы можете прочитать на сайте AstroMedia.
Для проекта вам потребуется одна такая линза.
Окуляр (4,6 евро): фокусное расстояние 26,5 мм, диаметр 18 мм, арт. №: 551.OAL – по этому числу вы сможете идентифицировать линзу окуляра.
С информацией по линзе можете ознакомиться здесь: AstroMedia.
Вам потребуется две линзы для окуляра Plossl. Для простого окуляра с увеличением 10х будет достаточно одной такой линзы.
Шаг 3: Материалы и инструмент
Кроме линз, вам дополнительно потребуются несколько недефицитных деталей.
Материалы, которые вам понадобятся:
Шаг 4: Собираем главную трубу
Трубу для телескопа можно использовать от старого пылесоса. Ее наружный диаметр составляет 30 мм, но с одной стороны этой трубы, есть утолщение, внутренний диаметр которого более 30 мм. Это идеально подходит для установки линзы объектива, и еще остается небольшая кромка перед объективом – эта кромка будет служить козырьком для защиты от окружающего света.
Трубка меньшего размера (как видно на фото) – это труба окуляра. Она будет скользить в основной трубе. Внутрь труб вставьте предварительно вырезанные отрезки из черного картона, чтобы исключить нежелательные блики внутри их.
Обрежьте большую трубу до требуемой длины (27-28 см), скрутите в трубку деталь из черного картона и вставьте в главную трубу на расстоянии 20 см от широкого конца. Затем попробуйте вставить линзу объектива – она должна легко входить. Теперь у вас есть труба с черной внутренней поверхностью.
Возьмите две пробки от пластиковых бутылок и аккуратно обрежьте их края, чтобы получились два пластмассовых кольца. Эти кольца будут стопорить линзу объектива без использования клея. Отрежьте от колец небольшие участки, чтобы можно было их согнуть при установке.
Вставьте одно такое кольцо до конца в широкий конец трубы. Убедитесь, что кольцо стоит ровно. Теперь осторожно вставьте большую линзу (30 мм) выпуклой стороной наружу и застопорьте ее вторым кольцом. Это кольцо вы можете зафиксировать небольшим количеством клея (клей не должен попасть на линзу!). Допускается небольшое перемещение линзы между двумя кольцами. Будьте внимательны: линза должна быть обращена выпуклой стороной к небу. Сборка основной трубы почти завершена.
Шаг 5: Собираем трубу окуляра
Трубка окуляра будет немного отличаться от основной. Найдите какую-либо пластмассовую трубку с внутренним диаметром 20 мм и длиной не менее 5 см. Затем возьмите две маленькие линзы для окуляра, установите их выпуклыми сторонами друг к другу (см. фото). Это очень важная часть. Проделав такой трюк, мы получим очень эффективный окуляр Plossl. Расстояние между этими линзами должно быть не более 1-2 мм.
Теперь необходимо смотать установленные таким образом линзы изолентой; при этом нельзя позволять линзам сдвинуться или наклониться. Здесь очень важно сохранить осевую симметрию. Намотайте изоленты столько, чтобы линзы плотно вошли в трубку окуляра и установите их с самого края трубки.
Делаем диафрагму. Если вы хотите сделать профессиональный окуляр с четким изображением, то перед его сборкой изготовьте из картона 4 кольца наружным диаметром равным диаметру линз, и внутренним диаметром 12-14 мм. Установите их вместе с линзами следующим образом (слева-направо): кольцо – линза выпуклой стороной вправо – два кольца – линза выпуклой стороной влево – кольцо. Последнее кольцо может иметь меньший внутренний диаметр (приблизительно 10 мм). С помощью такой диафрагмы поле обзора будет немного уменьшено, но при этом края изображения будут более резкими.
Размеры отверстий колец необходимо подобрать экспериментально до окончательной сборки.
Края внутренних отверстий колец диафрагмы должны быть идеально ровными, иначе все неровности будут видны на изображении. Эту проблему можно решить, если использовать пробойник для изготовления колец. Здесь вам придется поэкспериментировать. Попробуйте подобрать металлическую шайбу подходящего размера и использовать ее в качестве диафрагмы. Придумайте, что еще можно использовать.
ОБХОДИМСЯ БЕЗ ОКУЛЯРА PLOSSL.
Если хотите сэкономить деньги, можете изготовить простой окуляр. В этом случае вам нужно будет купить только одну маленькую линзу. При этом кратность увеличения уменьшится вдвое, примерно до 10х. Даже такого увеличения будет достаточно, чтобы разглядеть кратеры на Луне (но не на Юпитере или Сатурне). Если вы решите сделать такой окуляр, то линзу нужно установить выпуклой стороной к вашему глазу.
Шаг 6: Финальные шаги
Телескоп почти готов. Осталось сделать только одну маленькую деталь: установить трубку окуляра в основную трубу так, чтобы она в тугую двигалась внутри ее. Для этого приклейте 3 маленькие полоски из многослойного картона изнутри свободного конца основной трубы. Предварительно сложите полоски пополам в виде буквы «V». Затем осторожно вставьте маленькую трубку в большую и попытайтесь сфокусировать изображение. Если вы все сделали правильно, то должны наблюдать перевернутое изображение объектов в очень хорошем качестве (если не были установлены кольца в окуляр, то изображение будет с размытыми краями).
Если вы не сможете настроить четкое изображение, перемещая трубку окуляра, возможно, что ваша труба или слишком длинная, или слишком короткая. В этом случае посчитайте расстояние между линзами: фокус объектива (25 см) прибавляем к фокусному расстоянию окуляра (1,4 см). Попробуйте немного вытащить линзы окуляра из маленькой трубки (вот почему их нельзя приклеивать), или отрезать немного от основной трубы со стороны окуляра, или же использовать более длинную трубку окуляра (более, чем рекомендуемые 5-6 см). При использовании однолинзового окуляра, помните, что его фокус будет составлять 2,6 см.
Шаг 7: Вперед, к звездам!
Наш телескоп (с окуляром Plossl) имеет серьезное увеличение, поэтому вы вряд ли сможете пользоваться им, просто держа в руках. Установите его на штатив для фотокамеры, чтобы было легче прицеливаться, или прижмите телескоп к стене. Лучше все-таки со штатива, т.к. спутники Юпитера вы точно не сможете разглядеть держа телескоп в руках. Посмотрите на поверхность Луны, это удивительно!
Попробуйте построить второй телескоп, используя акриловые линзы и обратите внимание на разницу.
Ваш телескоп является неплохим инструментом для наблюдения за звездами. Единственное отличие от профессиональных телескопов, это небольшой диаметр его объектива (и, следовательно, его слабая способность собирать свет). Если вы хотите создать действительно серьезную вещь с кратностью увеличения 60-80х, нужен объектив диаметром 60-70 мм, и здесь уже пятью евро вам не обойтись. Зато с помощью 70-миллиметрового телескопа вы сможете наблюдать множество небесных тел, которые невидимы невооруженным глазом (звездные скопления, яркие галактики, кольца Сатурна, поверхность Юпитера и многое другое…).
Между прочим, самый совершенный телескоп Галилея был хуже, чем этот (меньший угол обзора, более слабая оптика). Гордитесь своим творением!
Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.