Астрономическая обсерватория своими руками

Любительское телескопостроение. Два варианта самодельной дачной обсерватории

Как и большинство любителей, астрономией я начал увлекаться еще в школе, находясь под впечатлением от прочитаных научно-популярных книг. Ко времени окончания школы (1985) после наблюдений звездного неба невооруженным глазом и в небольшие инструменты (например, подзорная труба Турист-3 с увеличением 20х) уже хотелось применять более крупные оптические инструменты. Весной 1986 г. мне удалось приобрести телескоп ТАЛ-1 («Мицар»), для первого телескопа он до сих пор считается одним из лучших вариантов (Земля и Вселенная, 2009, № 3). Весь летний сезон (с мая по октябрь) телескоп постоянно находился на даче в Подмосковье, и для наблюдений я просто устанавливал его на огороде, а потом заносил в помещение (не разбирая). «Мицар» оказался практически универсальным инструментом: удачно сочетая в себе хорошую оптику и простую в использовании, надежную механику, он позволял наблюдать Луну и Солнце, планеты и объекты дальнего космоса — звездные скопления, туманности и галактики.

Новый этап моего увлечения астрономией начался несколько неожиданно. В 1992 г. я купил комплект оптики (главное и вторичные зеркала) для 270-мм телескопа системы Ньютона (F = 1480 мм). Подразумевалось, что все остальное предстоит делать самому, но подобная перспектива меня не испугала. В окрестностях дачи на свалке старой сельскохозяйственной техники я раздобыл детали и материалы, необходимые для постройки телескопа. К лету 1993 г. мне удалось собрать трубу нового телескопа (диаметром 32 см и длиной 140 см) из отрезков дюралевых труб, но его использование из-за размеров представлялось слишком хлопотным по сравнению с предыдущим телескопом ТАЛ-1. Поэтому возникла идея построить для нового телескопа обсерваторию. Уже через год эту идею удалось реализовать: на втором этаже хозблока дачи было устроено помещение 1,9 * 2,5 м. Крыша обсерватории (двухскатная с наклоном около 30°) опиралась на четыре ролика и перед наблюдениями отодвигалась в сторону. После отодвигания крыши все помещение вместе с телескопом оказывалось под открытым небом.

Попасть в обсерваторию можно было только по лестнице через люк внутри хозблока. Во время ночных наблюдений люк закрывался, чтобы случайно в него не упасть и чтобы наблюдениям не мешали потоки теплого воздуха. Колонной телескопа служил вертикальный стальной швеллер сечением 70 × 150 мм, проходивший через первый этаж, ее верхний конец возвышался на 80 см над полом второго этажа. Устойчивость колонне придавали два наклонных швеллера, верхние концы которых были привинчены к ней на уровне межэтажного перекрытия. Телескоп установлен на монтировке немецкого типа, собранной из обрезков швеллеров. Полярная ось (диаметром 35 мм) опирается на два подшипника, корпуса которых привинчены к основанию монтировки. Поворот телескопа по часовому углу осуществляется гладким диском через систему шестеренок с передаточным числом 1/62. К оси склонений с одной стороны через обрезок швеллера крепилась труба телескопа, а с другой размещен механизм поворота по склонению (служащий одновременно и противовесом). Это три массивные шестерни, образующие двухосный редуктор с передаточным числом 1/112, который приводится в действие ручкой на конце. Полярная ось и ось склонений снабжены координатными кругами из прозрачной пластмассы диаметром около 30 см, сделанными из крышек от коробок для магнитных лент.

Оправа главного зеркала телескопа была собрана из дюралевых уголков, образующих два треугольника, вложенных один в другой. Больший из них, снабженный юстировочными и крепежными винтами, фиксировался внутри трубы тремя болтами М6. Меньший опирался на три юстировочных болта и нес на себе три дюралевых коромысла с перемычками для разгрузки зеркала на шесть точек. По углам этого треугольника имелись фиксаторы зеркала. Оправа вторичного зеркала была стандартной конструкции и подвешивалась в трубе на четырех растяжках, изготовленных из отожженных и окрашенных черной краской сточенных слесарных полотен. Механизм фокусировки окуляра сделан из распределительной коробки для электросети — трубки диаметром 100 мм, в которую с одной стороны ввинчивалась крышка по резьбе, нарезанной на внутренней стороне трубки. В крышке я проделал отверстие для пластмассовой трубки, в которую вставлялся окуляр. Грубая фокусировка осуществлялась движением окуляра в пластмассовой трубке, тонкая — вращением крышки в резьбе. Для наблюдений на телескопе использовались окуляры от «Мицара», обеспечившие увеличения 60-315х. (увеличение зависит от фокусного расстояния объектива, поэтому один и тот же окуляр на разных телескопах может давать разные увеличения: из-за большего фокусного расстояния 270-мм телескопа окуляры Мицара на нем стали давать большее увеличение, чем на самом Мицаре). В качестве искателя на трубе был закреплен призменный монокуляр МП 7 × 50 с полем зрения 6°, в который видны звезды до 9,5m, что делало его очень удобным при поисках объектов по подробным звездным атласам типа AAVSO или «Uranometria 2000.0», содержащим такие же слабые звезды.

Постройка обсерватории, даже такой простейшей, сразу же вывела астрономические наблюдения на качественно новый уровень. Из обсерватории обзор намного лучше, чем просто из сада (с земли), не нужно каждый раз настраивать полярную ось монтировки, а для наблюдений достаточно лишь откатить крышу (при этом электричество, принадлежности телескопа и справочные материалы всегда под рукой). И, конечно, оправдал ожидания новый 270-мм телескоп: например, в него мне удалось разглядеть спиральную ветвь в галактике «Водоворот» (М51) в созвездии Гончих Псов. В таком виде обсерватория функционировала четыре года.

На этом, возможно, моя телескопостроительная деятельность и закончилась бы, но летом 1997 г. появилась возможность приобрести зеркало диаметром 300 мм (F = 1800 мм). Возникла заманчивая перспектива — установить трубу будущего телескопа в моей обсерватории, а освободившуюся трубу 270-мм телескопа снабдить простейшей азимутальной монтировкой и перевезти к моему другу, тоже любителю астрономии. В 1998 г. обе эти идеи были реализованы. Новая труба диаметром 34 см и длиной 170 см была изготовлена из четырех листов 0,7-мм стали (скрепленных между собой болтами), все стыки снаружи прикрыты дюралевыми полосками. Оправой главного зеркала служили те же два треугольника (изготовлены из толстых дюралевых пластин), которые обеспечивали разгрузку на девяти точках и боковую — на шести. Окулярный узел также аналогичен старому, но предусмотрен больший вынос фокуса на пределы трубы для астрофотографии. В качестве искателя использован тот же самый монокуляр, но теперь он крепился на трубе через три подпружиненных болта, позволявших точно юстировать положение искателя. В августе 1998 г. в обсерватории трубу 270-мм телескопа я заменил на новую трубу с 300-мм зеркалом. К октябрю из подручных материалов удалось собрать переносную азимутальную монтировку для старой трубы 270-мм телескопа (вес этой монтировки в сборе — 42 кг).

Итак, все задуманное свершилось, и новый телескоп отлично себя показал, но проявился и мой просчет: новая труба была заметно длиннее старой и теперь она с трудом помещалась в обсерватории. Пришлось многое перестраивать. В 2002-2003 гг. я приступил к практическому воплощению своего плана постройки новой обсерватории с поворотным куполом. Фундамент изготовлен из старых бордюрных камней размером 15 × 30 × 100 см, на него опирается сделанный из стальных балок каркас нового здания (при этом старая обсерватория оказалась целиком внутри этого каркаса). В основании купола полуцилиндрической формы закреплено опорное кольцо диаметром 3,3 м, изготовленное из толстой стальной полосы. Вращение купола обеспечивается четырьмя автомобильными колесами, по которым и катается это кольцо. Каркас купола очень прост — это четыре дуги из согнутых вручную 20-мм оцинкованных труб, соединенных горизонтальными перемычками. Сверху купол покрыт оцинкованным листовым железом. Подробное иллюстрированное описание постройки есть на моей странице в Интернете: http://hea.iki.rssi.ru/

В 2006 г. я полностью заменил колонну телескопа: вместо одиночного вертикального швеллера в землю были вкопаны три железобетонных столба, наращенных сверху стальными балками, соединенными между собой горизонтальными и наклонными стяжками. Телескоп временно установлен на продолжении одного из северных столбов, в ближайшее время я планирую сделать для него новую монтировку (английского типа).

В 2008 г. в дополнение к телескопу был изготовлен из подручных материалов держатель для большого бинокля (DeepSky 25 × 100) и закреплен прямо на основании купола, напротив середины люка (то есть он вращается вместе с куполом). Помимо своего прямого назначения это устройство используется для крепления фотоаппарата при съемках неба неподвижной камерой. Первые же наблюдения из нового помещения показали, что затраченные усилия оправдали себя: купол достаточно легко поворачивается вручную и отлично защищает наблюдателя и оптику от света уличных фонарей, ветра, а главное — от росы. Кроме того, выбранная конструкция позволила по углам купола расположить большие полки для размещения необходимых принадлежностей (окуляры, карты, книги).

Хотел бы особо подчеркнуть многофункциональность обсерватории: на втором этаже размещен стационарный телескоп, первый этаж разделен колонной телескопа на две неравные части — большое жилое помещение (3 × 5 м) и расположенную непосредственно под обсерваторией небольшую мастерскую с верстаком. Колонна используется также как стеллаж для хранения запасов разнообразных материалов и запчастей. Если учесть, что все это сделал один человек в свободное от основной работы время и при сравнительно небольших материальных затратах, то вполне можно утверждать, что строительство личной обсерватории — не такая уж сложная задача.

Источник

Обсерватория на дачном участке

ЗиВ №3/2005

Зачем нужна обсерватория

Собираясь заняться наблюдениями небесных объектов, каждый любитель астрономии сталкивается с рядом проблем. Первая из них – неблагоприятный астроклимат. В средних широтах европейской части нашей страны наблюдать небо в телескоп удается всего лишь несколько раз в году. Вторая проблема – подготовка к наблюдениям: сборка техники, вывоз ее на место наблюдения, установка и т.д., на что теряется драгоценное астрономическое время. Выход из этой ситуации – стационарное размещение инструмента в обсерватории, которую чаще всего приходится строить самому. Сейчас, правда, можно купить разборную обсерваторию. Однако стоимость ее слишком велика, а недостатки конструкции весьма существенны.

Обсерватория классической конструкции

В литературе по любительскому телескопостроению приведена классическая конструкция любительской обсерватории . Методы строительства такого сооружения, с одной стороны, имеют скромный набор технических решений, с другой стороны, в нем содержатся элементы, которые практически невозможно изготовить самостоятельно. Небольшое здание и опора телескопа такой обсерватории стоят на разных фундаментах, чтобы уменьшить вибрацию инструмента из-за движения наблюдателя и ветра. Перекрытие весьма невысокого второго этажа, на котором устанавливался инструмент, рекомендуется делать деревянным с открывающимся люком. Венчает сооружение купол, изготовленный либо из металла, либо досок или пластика, вращающийся на неком рельсе. Такие строения требовали наименьших затрат, но и возможностей давали сравнительно немного.

Проектирование обсерватории

Я начинал астрономические наблюдения, как и многие любители, на небольшом телескопе ТАЛ120, выпускаемом новосибирским заводом. Когда же я приобрел 300-мм рефлектор Ричи – Кретьена на экваториальной монтировке Альтер Д6, возникла необходимость строительства обсерватории. Вынести и установить такой инструмент в одиночку невозможно (вес телескопа 30 кг, вес монтировки 78 кг).

300-мм телескоп системы Ричи-Кретьена (РК300) с гидом ТАЛ-100 на монтировке Альтер Д6, установленный автором в своей обсерватории.

Оптическая схема телескопа Ричи-Кретьена: 1 – главное гиперболическое зеркало; 2 – вторичное гиперболическое зеркало; 3 – линзовый корректор, расширяющие полезное фотографическое поле зрения телескопа.

Я решил спроектировать обсерваторию с классическим куполом, в которой можно разместить 0.5 м телескоп и одновременно несколько наблюдателей. Доступ к инструменту через люк в полу меня не устраивал. Более комфортный вход обеспечивает винтовая лестница. С другой стороны, стоимость строительства должна быть невысокой.

В классических конструкциях опорой телескопа обычно служит труба, наполненная песком, гравием или каким-либо другим наполнителем для снижения вибрации. Если такой «карандаш» сделать высоким, что необходимо для максимального обзора, то в нем могут развиваться колебания, которые не позволят проводить ни визуальные, ни тем более фотографические наблюдения. Поэтому я решил сделать стены сооружения несущими и убрать другие опоры, заменив их достаточно надежным перекрытием. Оно должно быть очень тяжелым (в десятки раз превосходить вес человека) и виброустойчивым. Лучше всего отлить перекрытие из бетона, армировав стальными балками для придания необходимой формы и целостности, а затем положить его на прочную стену, например, из кирпича.

При выборе материала для стен нужно учесть, что для устранения нелюбимых астрономами тепловых потоков, помещение под обсерваторией не отапливается. Поэтому толщину несущих стен из некоторых материалов в таком случае следует ограничить. При толстых стенах влага, замерзающая внутри кирпича, разрушает его в течении очень короткого срока (5–10 лет). Если стена тонкая, то влага успевает испаряться и не конденсируется внутри. Но на тонкие стены не установить тяжелое перекрытие, и, скорее всего, они станут источником вибраций всей конструкции.

Выход из этой ситуации может быть следующим. Вспомним, что кирпичная заводская труба, имеющая высоту до 100 м и более, выдерживает сильнейшие ветровые, термические и статические нагрузки. Такие трубы стоят десятки лет. Круглое сечение сооружения по сравнению с квадратным выдерживает гораздо большую нагрузку. Но еще более мощную нагрузку вынесет многогранное сечение стен. Учитывая это, можно сделать стены такой толщины, чтобы они выдержали тяжесть перекрытия и не были подвержены разрушению постоянно замерзающей и оттаивающей влагой. Такое здание обсерватории – в форме многогранника с бетонным перекрытием – я и построил. Поставив сооружение на фундамент (в соответствии со строительными нормами), залил бетоном и армировал пол первого этажа. В итоге получился «запаянный граненый стакан», который способен выдержать фантастические нагрузки вдоль оси. Размер грани стены удобно сделать типового размера дверной коробки (60, 80 или 100 см).

Эскиз обсерватории. Здание имеет форму многогранника. Тяжелое перекрытие (1) опирается на кирпичную стену (2). Комфортный доступ к инструменту обеспечивает лестница (3). Сооружение стоит на фундаменте (4).

Самый сложный вопрос – как сконструировать купол (от выбора материала до технологии креплений и механизмов вращения)? Известное решение – купол обсерватории изготовить из тесового каркаса и обшить небольшими досками, по виду напоминающими паркет или современную вагонку. Эта технология позволяет сделать элементы купола вручную. Нарезанные по заготовкам и склеенные между собой элементы из 20-мм фанеры – прекрасный каркас для купола, обладающего прочностью, влагостойкостью и эстетичностью. Для нарезки и сборки такого каркаса требуются только лишь электрический лобзик, шуруповерт и саморезы.

Опора купола – самая трудная часть проектирования и работы. Обычно его основой служат металлические рельсы, по которым движутся закрепленные на куполе ролики. Но такая конструкция подразумевает очень высокую точность изготовления и требует применения специального оборудования. Я поступил следующим образом: установил ролики на стенах башни, а на них положил многослойное фанерное кольцо. Чтобы кольцо при вращении не съезжало со своего места, прикрепил дополнительные упорные ролики, останавливающие купол при радиальном смещении. Это довольно смелое решение, и оно полностью себя оправдало. После того, как опорное кольцо легло на месте и свободно вращается, можно на нем смонтировать каркас всей конструкции купола. И, наконец, нужно обшить каркас тонкой листовой фанерой и тонким оцинкованным железом.

Электропривод вращения купола и опорное кольцо.

Еще один момент, который необходимо учесть, – это эффективная ветровая защита купола. Часто рекомендуют крепить его тросами и различными замками. Но это не самый надежный способ. Защита должна функционировать и в рабочем положении при наблюдениях, обеспечивая свободное вращение купола. Вот мой вариант такой защиты. Над кольцом с небольшим зазором в 5–7 мм устанавливается шторм-захват в виде стальных уголков, имеющих мощное анкерное крепление в перекрытии и притянутых к стене. Такой уголок не мешает вращаться куполу, но в случае его отрыва от опорных роликов, не даст подняться на величину, б?льшую чем 5 мм. Такие захваты обеспечат надежное противостояние ветру.

Общий вид обсерватории, построенной автором.

Думаю, что моя любительская обсерватория, обладающая большими преимуществами перед многими другими ее вариантами. Во-первых, это доступность материалов и технологии. Все элементы конструкции можно изготовить в домашних условиях. Купить нужно только ролики. Они бывают различных видов. Во-вторых, из оборудования для строительства требуется лишь бетономешалка, электролобзик, дрель и шуруповерт. По такой технологии можно построить как небольшую обсерваторию (2–3 м в диаметре), так и с диаметром купола до 6 м. Конечно, осилить строительство большого сооружения в одиночку практически невозможно.

Шаровое скопление М13 в созвездии Геркулеса. Телескоп РК300, прямой фокус 1/8, Canon 300D ISO1600, выдержка 400 с.

Теперь, когда обсерватория построена, время подготовки к наблюдениям сократилось до минимума. Требуется лишь снять крышки с телескопов и, если нужно подъюстировать оптику, а затем открыть шторки и приступать к наблюдениям!