Разработка и строительство монтировок для телескопов

Приступая к постройке самодельного инструмента, любители астрономии, как правило, основное внимание уделяют качеству его оптики. Ни в коей мере не отрицая важности хорошей оптики, я все же хотел бы напомнить, что механика телескопа играет не меньшую роль. Грамотно сконструированная и аккуратно сделанная монтировка позволит получать несоизмеримо большее удовлетворение от наблюдений с телескопом, не говоря уже о значительно более широком круге задач, которые можно будет решать на таком инструменте.

В этой статье я попытался обобщить свой опыт разработки и строительства монтировок для телескопов различных конструкций и апертуры. Речь здесь пойдет о параллактических или экваториальных монтировках, то есть таких, у которых одна из осей, называемая полярной, устанавливается параллельно оси вращения Земли. Благодаря этому можно следить за небесными объектами от самого восхода до захода, вращая телескоп только вокруг одной полярной оси.

Основные типы параллактических монтировок носят названия немецкая, английская и вилочная. Деление это довольно условное и существует множество разновидностей монтировок всех видов, но все их можно разделить на две группы: симметричные и асимметричные. У симметричных монтировок центр тяжести трубы телескопа находится над или под северным концом полярной оси и не требует на этой оси балансировки дополнительными грузами. К таким монтировкам можно отнести все вилочные монтировки и их модификации, а также часть английских монтировок с ярмом. Типичным же примером асимметричной монтировки является монтировка немецкого типа. У этой монтировки труба крепится на оси склонения сбоку от полярной оси. Чтобы ее уравновесить требуется груз, который располагают с противоположной стороны. Подобная конструкция делает всю монтировку в целом несимметричной.

У всех типов монтировок есть как положительные, так и отрицательные стороны. Остановлюсь на них более подробно. Основной неприятный момент классической немецкой монтировки состоит в том, что при прохождении наблюдаемого объекта через меридиан, если он находится в районе зенита или севернее его, нижний конец трубы телескопа упирается в колонну и для продолжения наблюдений приходится перекладывать телескоп на 12^h по прямому восхождению и на 180° по склонению.


Кроме того, для балансировки трубы необходим противовес, имеющий массу не менее одной трети массы трубы. Меньшая масса противовеса потребует слишком длинного плеча продолжения оси склонений и вибрации, возникающие на нем, будут передаваться всей монтировке. Поэтому при выборе диаметра полярной оси приходится учитывать и эту, дополнительную, нагрузку. Тем не менее, немецкая монтировка достаточно устойчива и компактна и ее часто применяют для установки переносных инструментов. На такой монтировке обычно устанавливают рефракторы и небольшие рефлекторы систем Кассегрена, Максутова-Кассегрена и, реже, Ньютона.

При конструировании и постройке любителями таких монтировок почти всегда допускается одна и та же ошибка (впрочем, она присутствует и в заводских конструкциях): та сторона оси склонений, на которой крепится телескоп, неоправданно велика и на ней установлен механизм тонких движений по склонению. Такая компоновка ведет к увеличению массы противовеса, а значит и уменьшению жесткости установки.

Вилочная монтировка легче немецкой, поскольку у нее отсутствует противовес, она жесткая, компактная и на ней устанавливаются все виды рефлекторов и менисковых систем. Но для менисковых телескопов, у которых окулярная часть находится в нижнем конце трубы, такая монтировка не всегда оказывается удобной, так как при наблюдении объектов, находящихся вблизи полюса, окулярный узел оказывается над траверзой вилки, а при установке других светоприемников, (например, фотоаппарата), может и упереться в траверзу. Не очень удобна она и для южных широт, поскольку при наблюдении объектов, не поднимающихся высоко над горизонтом, передний конец трубы может лечь на траверзу. Чтобы этого не случилось надо делать консоли более длинными, а это — утяжеление всей конструкции. В наших северных и средних широтах эта монтировка оказывается самой удобной для установки на ней коротких светосильных телескопов (1:4, 1:5) системы Ньютона и Нэсмита. В последнем случае окулярную часть можно совместить с полуосью склонений.


Рассказ о моих монтировках я хотел бы начать с немецкой монтировки для 100-мм менискового телескопа, предназначенного для визуальных наблюдений. Она целиком, кроме осей и микрометрических винтов, сделана из дюралюминия. Последние расположены на противоположной телескопу стороне оси склонений и являются как бы небольшой частью противовеса.

После наблюдений с ручным ведением телескопа я пришел к выводу, что часовой механизм необходим, тем более, что наблюдал я с балкона квартиры и с электропитанием проблем не было. Поэтому вскоре для этого же телескопа была изготовлена другая параллактическая головка с электроприводом на полярную ось (см. "Земля и Вселенная", 1981 г., №3, стр. 71-73). Коррекцию по часовому углу в этой установке можно осуществлять и при включенном часовом механизме. Для фотографирования Луны к этому телескопу была изготовлена окулярная камера. Небольшой (100 мм) диаметр мениска не позволял получать интересные фотографии планет, а запыленное и засвеченное московское небо не стимулировало возобновлять попытки фотографирования в прямом фокусе.

Когда в продаже появился серийный телескоп "Мицар" (D=110 мм, 1:8) Новосибирского приборостроительного завода, я, ознакомившись с его механикой, увидел в ней все недостатки, присущие немецким монтировкам. Масса установки (около 20 кг) для зеркала такого диаметра была слишком велика. Но телескоп был упакован в ящик. Хотя он и был громоздкий, но его можно было возить за город! Чуть позже это обстоятельство навело меня на мысль о постройке транспортабельного телескопа с оптикой, не меньшей чем у "Мицара".

Приблизительно через полгода я сделал для своего "Мицара" новую параллактическую головку с опущенным противовесом. Этот тип монтировки был предложен около 40 лет назад У. Бостианом и А. Мейнелом при проектировании 91-см рефлектора для обсерватории Китт Пик. Конструкция новой параллактической головки оказалась очень удачной. Она обладает всеми эксплуатационными качествами параллактической головки "Мицара": угол полярной оси устанавливается в зависимости от широты места наблюдений, на обеих осях имеются очень плавные микрометрические винты, также присутствуют координатные круги и предусмотрена установка фотоаппарата. В то же время масса ее уменьшилась более чем в два раза, а жесткость увеличилась. Стремясь к еще большей портативности взамен штатной колонны с опорами была изготовлена более легкая и жесткая складная колонна-тренога, а зеркало перешлифовано с целью уменьшения фокусного расстояния. Тем самым была укорочена и труба телескопа.


Наблюдения с разными инструментами на этой установке выявили все ее положительные качества. Смещенный вниз центр тяжести и увеличенный диаметр осей заметно снизили вибрации от случайных нагрузок, а шариковые подшипники полностью устранили люфты в осях и сделали их ход очень плавным. Наблюдения любых областей неба в течение длительного времени не требуют перекладки трубы. Особенно удобна эта монтировка для телескопов системы Кассегрена всех модификаций. Также при установке на окулярную часть любых светоприемников можно вести наблюдения околополяр-ных областей неба не опасаясь, что окулярная часть упрется в траверзу вилки или окажется в недоступном для глаза месте (в случае вилочной установки). Единственным и серьезным недостатком именно этой монтировки было отсутствие электропривода на полярную ось.

Продумывая вопрос изготовления экспедиционной установки с электроприводом я пришел к выводу, что самой жесткой, легкой и наиболее удобной монтировкой для походного телескопа системы Ньютона будет вилочная монтировка. После предварительной разработки на миллиметровке эта монтировка была изготовлена. Конструкция этой установки подробно описана в журнале "Земля и Вселенная" (1990 г., №6, стр. 74-76), поэтому я не буду на ней подробно останавливаться. Напомню только, что при хорошей жесткости масса всей установки с телескопом не превышает 10 кг, а вместе с упаковочным ящиком (размеры ящика 80x52x24 см) — не более 18 кг.

Когда я решил построить телескоп с диаметром зеркала не менее 200 мм на экваториальной установке с часовым механизмом, вопрос выбора типа монтировки для меня не стоял. Это была монтировка с опущенным противовесом. Первый вариант этой установки подробно описан в той же статье, что и вилочная монтировка, а вот ее модернизированный вариант показан на стр. 21. На ней установлен "Ньютон" с диаметром объектива 250 мм и относительным отверстием 1:4. По сравнению с прежней конструкцией в этой монтировке был увеличен диаметр ведущей шестерни. Также при наличии механических микрометрических винтов, которые нужны для точного наведения телескопа на объект, была сделана электромеханическая коррекция по обеим осям с выносного пульта. Для этого на ось склонений установлен реверсивный электропривод.


Управление телескопом с пульта — вещь очень полезная для любой монтировки, и вот почему. Если на монтировку установить более мощный и тяжелый телескоп или к уже существующему добавить тяжелую фотокамеру или гид, то при прикосновении к микрометрическим винтам установка будет давать вибрации, которых удастся избежать при корректировке с пульта.

Правда, от ветровых нагрузок это не спасет. Но в защищенном от ветра месте или в спокойную ночь к телескопу можно подвесить "лишнюю" фотокамеру.

Пульт подключается к телескопу через разъем на панели установки монтировки, там же предусмотрены разъемы для подключения подсветки на окуляр с сеткой и электромеханического фотозатвора. Последний был специально изготовлен для фотографирования Луны и планет среднеформатной камерой "Киев-60" или малоформатной "Зенит" через переходник с проекционным объективом (проекционное увеличение — 15 крат). Замечу, что управление фотозатвором также осуществляется с пульта.

Первые визуальные и фотографические наблюдения на этом телескопе показали хорошие оптические и механические качества. В этой конструкции воплощен практически весь мой опыт и это была первая установка, после наблюдений на которой у меня не появилось желание что-нибудь в ней переделать, изменить или добавить.