Глава пятая. МЕХАНИКА ТЕЛЕСКОПА

§ 24. КОЛОННЫ, СТАНИНЫ, ФУНДАМЕНТЫ

Назначение станины - удерживать полярную ось телескопа в строго определенном положении без медленных смещений и без вибраций. Для того чтобы предотвратить вибрации, станина или колонна телескопа должна быть достаточно жесткой.

В целом телескоп можно рассматривать как консоль сложной формы с «защемлением» в плоскости опирания станины на фундамент. При равномерно распределенной нагрузке (например, при порывах ветра) изгибающий момент возрастаег сверху вниз пропорционально квадрату длины этой консоли (см рис 85, а). Поэтому жесткость всех узлов монтировки должна возрастать пропорционально квадрату высоты сверху вниз. Это вынуждает увеличивать сечения деталей монтировки при переходе от трубы телескопа-к оси склонений, к полярной оси, к корпусу полярной оси, к колонне и опорам, или к станине, если телескоп не имеет колонны.

Рис 130. Связь корпуса полярной чивать сечения деталей оси с колонной

В тех случаях, когда телескоп снабжен приспособлением для регулирования наклона полярной оси в больших пределах, хорошо снабдить его небольшим регулируемым опорным стержнем (рис. 130 и 131, а), который вместе с корпусом полярной оси и колонны образует треугольник - фигуру, значительно более жесткую, чем просто угол «колонна - корпус оси». Снабдив монтировку этим стержнем, мы добьемся большой жесткости при перемещении оси в плоскости меридиана. Однако жесткость в перпендикулярном направлении, например при порывах западного или восточного ветра, не возрастет. Хороший способ получить достаточную жесткость в этом направлении - резко увеличить толщину пластин, связывающих корпуса полярной оси и колонны. .

Рис. 131. Узел крепления полярной оси немецкой монтировки к колонне

Для 110-миллиметрового телескопа с фокусным расстоянием 1000 - 1200 мм толщина этих пластин, отлитых из алюминия, может быть около 12 - 15 мм, для телескопа диаметром 150 мм,особенно если это фотографический телескоп, толщина пластин должна быть увеличена до 30 мм. Важно также отметить, что жесткость узла возрастает, если уменьшается длина этих пластин.

Для рефлекторов Ньютона диаметром 250 - 400 мм лучше усложнить конструкцию этого узла, как показано на рис. 131, б. Здесь вместо одного использованы два винта. Чем дальше они отстоят друг от друга, тем жестче весь узел.

Диаметр стальной трубы колонны также имеет большое значение. Для визуального 110-миллиметрового рефлектора он должен быть около 60 - 70 мм при толщине стенок 3 - 5 мм.

Для фотографического рефлектора диаметром 150 мм диаметр стальной трубы - колонны должен быть увеличен до 120 мм. В обоих случаях имеется ввиду, что высота колонны составляет примерно 700 - 800 мм. При увеличении высоты колонны надо увеличить и ее диаметр приблизительно пропорционально корню квадратному из увеличения высоты. Например, при увеличении высоты колонны в 2 раза, ее диаметр нужно увеличить в 1,4 раза.

Особо опасный узел - место крепления ног колонны к собственно колонне.. Ноги обычно представляют собой консоли с большим сечением возле колонны. Здесь надо помнить как об изгибе при простом наклоне колонны, так и при кручении колонны вокруг ее оси. Эта деформация возникает, например, в тех случаях, когда сила (прикосновение наблюдателя или порыв ветра) действует горизонтально на трубу телескопа, направленную под небольшим углом к горизонту.

Однако для телескопов Ньютона более 150 мм в диаметре желательно исключить колонну, установив корпус полярной оси прямо на основание (рис. 133). Это полезно для увеличения жесткости, а также и потому, что окулярный узел, расположенный на верхнем конце сравнительно длинной трубы, становится трудно доступным, когда телескоп направлен в зенит.

Очевидно, что в этом случае регулировка наклона полярной оси может быть выполнена в пределах нескольких градусов. Устройство наклона представляет собой один опорный винт, расположенный на южном конце монтировки. Вращая этот винт, мы изменяем высоту наклона полярной оси (рис. 132).

Рис. 132. Регулировочные винты для установки полярной оси: 1 - южный опорный винт 315-миллиметрового рефлектора автора; а - винт, б - консоль (швеллер), заделанная в бетонный фундамент, в - фундамент, г - основание монтировки; 2- южный винт 150-миллиметрового рефлектора автора; а - винт, заделанный в бетонный фундамент, б - гайки, е - фундамент, г - основание монтировки; 3- основание монтировки 150-рефлектора автора

Для установки полярной оси в плоскости меридиана станину нужно слегка поворачивать по азимуту. Для этого на северном ее крае устанавливается небольшая консоль дли ной 30 - 50 мм. На фундаменте бетонируются две металлические пластины толщиной приблизительно 10 мм и шириной около 30 мм. Эти пластины имеют два отверстия с резьбой, в которые ввернуты два винта М10 - М12. Консоль оказывается между этими винтами. Далее, вращая винты в ту или иную сторону, мы поворачиваем станину к западу или востоку и затем надежно фиксируем ее (рис. 132, 3).

Рис. 133. 250-миллиметровый рефлектор Ньютона. Автор А. Б. Зайцев

Телескоп на экваториальной монтировке должен быть точно установлен с таким расчетом, чтобы полярная ось была строго параллельна земной оси и была направлена точно на полюс мира. Это особенно важно, если на нем ведутся фотографические наблюдения и если он снабжен кругами.

Наиболее простой способ следующий. Сначала ось устанавливается по высоте. Для этого, предварительно уставив на глаз полярную ось, наблюдаем на востоке звезду. Приведем ее на перекрестье и ведем телескоп вручную или включаем часовой привод. Если ось установлена неточно, то звезда будет постепенно дрейфовать по склонению к северу или к югу. Поправляя трубу ключом тонких движений по склонению, замечаем куда движется верхний конец трубы во время коррекции. Если кверху (к северу), то северный конец полярной оси нужно опустить. Если верхний конец трубы приходится все время опускать, то северный конец полярной оси нужно приподнять. Если во время слежения телескопа за звездой она не смещается с перекрестия в течение 10 - 15 минут, полярная ось установлена по высоте достаточно точно, показания круга склонений также будут точными.

Устанавливая ось по азимуту, наблюдаем звезду на юге вблизи меридиана и экватора. Если звезда дрейфует с перекрестия так, что верхний конец трубы приходится поднимать, то северный конец полярной оси нужно сместить к востоку. Если верхний конец смещается книзу, то северный конец полярной оси нужно сместить к западу. Если звезда в течение 10 - 15 минут остается на перекрестии, ось выставлена правильно.

Точная установка оси может занять 1 - 2 часа. Поэтому портативный телескоп можно снабдить искателем полюса Он представляет собой трубку вроде искателя, которая может регулироваться шестью винтами. В центре поля должна быть сетка, с помощью которой наблюдатель наводит всю монтировку на полюс. К сожалению, полюс не отмечен сколько-нибудь яркой звездой. Полярная имеет склонение d = +89° 02', т. е. смещена относительно полюса на 58'. Ее прямое восхождение a =1ч48,8м. Наша задача так сместить с центра поля зрения перекрестие, чтобы при наведении перекрестия на Полярную визирная ось искателя оказалась наведенной на полюс.

Зная фокусное расстояние f ' объектива искателя, мы можем вычислить, на сколько нужно сместить перекрестие с центра: r = f ' * sin(58'). Предположим, что фокусное расстояние объектива 200 мм, тогда перекрестие придется сместить на D = 200 * sin(58') = 3,4 мм.

Полярная участвует в суточном вращении неба, и в верхней кульминации она бывает в 1ч48,8м местного звездного времени. У нас должна быть возможность в любое время суток так повернуть трубку-искатель вокруг ее оси, чтобы положение перекрестия соответствовало положению Полярной на небе. Для этого трубка снабжается часовым кругом и индикатором (рис. 134), стрелка которого направлена точно в том направлении, куда смещено перекрестие.

Рис. 134. Искатель полюса: I - устройство; а - кольца, жестко скрепленные с монтировкой, б - регулируемая неподвижная трубка, в - внутренняя вращающаяся с трением трубка, г - разделенный круг, вращающийся вместе с трубкой в, д - индикатор; II - разделенный круг, вид в поле зрения полюса и Полярной звезды (a) (положение для 0 ч звездного времени)

Как точно установить искатель полюса? Сначала устанавливаем полярную ось по дрейфам звезд, как было описано выше. Затем на круге часовых углов искателя выставляем часовой угол Полярной для данного момента местного звездного времени. После этого регулировочными винтами в кольцах устанавливаем искатель так, чтобы Полярная оказалась на смещенном в сторону перекрестии. Чтобы проверить правильность установки искателя полюса, полярную ось нужно немного сдвинуть и после этого установить заново, но уже с помощью искателя полюса. Если после этого звезды в поле зрения телескопа остаются на перекрестии в течение 10 - 15 минут без дрейфа, значит искатель установлен точно.

Последнее звено между телескопом и грунтом, на котором он стоит, - фундамент. Для небольшого телескопа на колонне достаточно забетонировать или выложить кирпичом небольшую площадку, на которую во время наблюдений ставится телескоп.

Таблица 23. Диаметр фундамента для телескопа, м

Для больших, особенно фотографических телескопов фундамент совершенно необходим. Диаметр фундамента зависит прежде всего от высоты его вершины над уровнем земли. Не вдаваясь в подробности, приведем таблицу с примерными значениями диаметра круглого в сечении фундамента (в метрах) в зависимости от его высоты и требований к жесткости телескопа в целом, которая в свою очередь зависит от действующего диаметра зеркала и назначения телескопа (табл. 23). Под высотой понимается разница в отметках между верхней площадкой фундамента и поверхностью грунта.

Лучший материал для фундамента - бетон или кирпичная кладка. Для невысоких фундаментов с малыми диаметрами можно с успехом применять круглые асбоцементные или стальные трубы. После установки трубы на место ее нужно заполнить щебнем или кирпичным боем, заливая через каждые 25 - 30 см цементно-песчаный раствор в пропорции 1 : 4.

Глубина закладки фундамента зависит от состава и состояния грунта. На скальных грунтах фундамент можно устанавливать прямо на поверхности, сняв только слой дерна. На песчаных, супесчаных, суглинистых и глинистых грунтах глубина заложения фундамента принимается на 10 см ниже глубины промерзания грунта. Так, в районе Новосибирска она составляет 2,2 м и 2,0 м в городе и сельской местности соответственно; в Москве глубина промерзания грунта составляет 1,4 м. Особенно важно это условие выполнять, если грунты влажные, глинистые (так называемые пучинистые). В сухих грунтах, особенно песчаных и супесчаных, возможна меньшая глубина заложения фундамента (в соответствии с многолетним опытом местного строительства). Для того чтобы предотвратить неравномерное оседание грунта под тяжестью фундамента, нужно, чтобы нагрузка на грунт не превышала допустимую. Чтобы узнать удельную нагрузку на каждый квадратный сантиметр грунта, надо вес фундамента с телескопом разделить на площадь основания фундамента. Например, телескоп весит 50 кг, фундамент телескопа имеет высоту 4 м при диаметре 0,6 м. Объем фундамента 1,13 м2. При объемном весе бетона 1,6 т/м3 вес фундамента составит 1,8 т. Очевидно, что при таком массивном фундаменте весом телескопа можно пренебречь. Разделив вес фундамента на площадь его основания получаем давление на грунт, оно равно 0,64 кГ/см2. Такое давление допустимо при самом слабом грунте. Одна из самых неприятных проблем - проблема микровибраций грунта. У 150-миллиметрового телескопа, установленного на жесткой подставке высотой 50 см над поверхностью Земли на расстоянии 200 м от Транссибирской магистрали, вибрация, вызванная проходящими поездами, была не более 2 - З". Тот же телескоп, установленный на полу 4 этажа у самой стены, где вибрации пола сведены к минимуму, имел вибрацию 20 - 30" от поездов, проходящих на расстоянии 1 км. К сожалению, волнение приземных слоев воздуха сильно портит изображения, и это заставляет поднимать телескоп на высоту хотя бы 2 - 3 м от поверхности Земли. Таким образом, в выборе высоты фундамента телескопа любителю всегда приходится идти на компромисс.

Таблица 24. Сопротивление грунта, кГ/см2