Основные технические характеристики телескопа

Специальная астрофизическая обсерватория
Российская академия наук
Основные технические характеристики
телескопа ZEISS-1000
Отчет
Версия 1.2с
(Исправленная и дополненная: 08 февраля 2016 года)
Ведущий инженер САО РАН
С.В.Драбек
Нижний Архыз
2016 г.
Оглавление
Введение..............................................................................................................................................3
Оптическая схема телескопа..............................................................................................................4
Монтировка телескопа.......................................................................................................................5
Часовая ось телескопа...............................................................................................................5
Ось склонения телескопа..........................................................................................................5
Конструкция трубы...................................................................................................................6
Приводы телескопа.............................................................................................................................7
Защитные блокировки и ограничители диапазона движения телескопа.............................7
Купол и забрало башни телескопа....................................................................................................8
Основные приборы и методы наблюдений......................................................................................8
Таблицы...............................................................................................................................................9
Примечания..............................................................................................................................12
Литература.........................................................................................................................................12
1
Введение
Телескоп «ZEISS-1000» был сконструирован и построен фирмой Karl Zeiss
Jena на «Английской монтировке EM-2».
На верхней научной площадке Специальной астрофизической обсерватории
(САО), телескоп «ZEISS-1000» был введен в эксплуатацию в 1990 году.
С первых дней его работы наблюдательное время телескопа распределяется
администрацией обсерватории. Начиная с 1993 года, когда на телескопе
появилось стационарное оборудование и было в основном завершено создание
наблюдательных методов, обсерватория ввела по-квартальное, а затем и
полугодичное планирование наблюдений.
По решению администрации САО, начиная с 1994 года, часть
наблюдательных программ, включая внешние, по предложению Комитета по
Тематике Шестиметрового Телескопа (КТШТ) может переводится на малые
телескопы. Для этих целей САО выделяет комитету до 10% наблюдательного
времени телескопа «ZEISS-1000». Созданный администрацией САО,
внутренний комитет по распределению наблюдательного времени 1-м телескопа
рассматривает все поступающие заявки один раз в полугодие и составляет
расписание наблюдений.
Телескоп является собственностью САО, обслуживается сотрудниками САО и
их работа финансируется из бюджета обсерватории. Замысел установления
1-м телескопа в САО оказался весьма полезным. С одной стороны, этот
телескоп используется для отладки оборудования и методов наблюдений,
применяемых в дальнейшем на БТА. С другой, часть аппаратуры и методик
сюда переводится с 6-м телескопа БТА, что обеспечивает их эффективную
работу и увеличивает научную отдачу обсерватории. При этом телескоп
«ZEISS-1000» уменьшает нагрузку на БТА, предоставляя астрономам
возможность выполнения наблюдательных программ не требующих большого
телескопа.
После проведения комплексной модернизации телескопа и ввода в
эксплуатацию новой системы управления в 2013 году, выполнение большинства
штатных программ стало доступным в режиме удаленных наблюдений.
2
Оптическая схема телескопа
Оптический зеркальный телескоп «ZEISS-1000» имеет диаметр входного
зрачка 1016 мм и оптическую систему РИЧИ-КРЕТЬЕНА на английской
монтировке EM-2. Расположение зеркал в системе РИЧИ-КРЕТЬЕНА такое же
как и в системе КАССЕГРЕНА, состоящей из главного зеркала с центральным
отверстием и вторичного. Различия заключаются в том, что меридиональные
кривые для схемы РИЧИ-КРЕТЬЕНА отличаются от параболы или гиперболы.
Изобретена система американским астрономом Ричи Уиллисом и французским
астрономом Анри Кретьеном в начале 1910-х годов. Особенностью системы
Ричи — Кретьена является отсутствие комы третьего порядка и сферической
аберрации.
У телескопа имеется два вторичных зеркала, которые переключаются в
зависимости от выбора фокуса в котором будут проводиться наблюдения.
Вторичные зеркала имеют разную кривизну и образуют разные относительные
отверстия. С помощью главного зеркала с фокусным расстоянием 4000 мм и
вторичного для фокуса КАССЕГРЕНА реализуется относительное отверстие
1:13, а с помощью вторичного зеркала для фокуса КУДЕ реализуется
относительное отверстие 1:30.
Оба вторичных зеркала смонтированы на опорной крестовине, которая может
поворачиваться на 180° для переключения зеркал. Оба зеркала могут
перемещаться в крестовине вдоль оптической оси для фокусировки
получаемого изображения. Перемещение осуществляется дистанционно
управляемым электроприводом имеющим ход 80 мм. Информация о положении
фокусирующего устройства в опорной крестовине передается двумя
сельсинами грубого и точного отсчетов на пульт управления телескопом.
Главное и вспомогательные зеркала помещены в сплошную трубу. Между
зеркалами установлены экраны (отсекатели), препятствующие попаданию
постороннего света в оптическую схему.
Ситалл, использованный для изготовления зеркал, обеспечивает сохранение
высокой точности, достигнутой в процессе обработки поверхностей, даже при
работе в неблагоприятных погодных условиях наблюдений.
Диаметры изображения, в пределах которых концентрируется 50%, 75% и
90% светового потока, составляют:
• в фокусе РИЧИ-КРЕТЬЕНА соответственно 0.23", 0.34" и 0.46"
• в фокусе КУДЕ соответственно ….................. 0.22", 0.35" и 0.49"
3
Монтировка телескопа
Часовая ось телескопа
Параллельная земной оси часовая ось монтировки телескопа с обоих концов
посажена на двухрядные самоустанавливающиеся шариковые подшипники с
предварительным натягом. Для большей жесткости ось составлена из двух
усечённых конусов которые переходят своими основаниями в корпуса
подшипников оси склонений.
Через нижний подшипник часовой оси проходит пучок лучей к фокусу
КУДЭ. Через верхний подшипник проложены трос для выборки мёртвого хода в
червячном зацеплении оси склонений и скручиваемые кабели для
электропитания и управления телескопом.
Для юстировки полярной оси служит устройство подвижки верхнего
подшипника. Верхний (северный) подшипник может смещаться с помощью
червячной передачи и ходового винта по высоте и в восточно-западном
направлении на +/- 0,75°.
Исполнительный привод механизма часовой оси, вместе с двигателями,
редуктором, датчиком угла, тросовым барабаном и главной червячной
передачей размещены в цилиндрическом корпусе. Корпус установлен на
шарикоподшипниках в нижней части часовой оси и для исключения
скручивания, под действием движущего момента создаваемого приводом,
упирается во внешний корпус нижнего (южного) подшипника жестко
связанного с фундаментом.
Действие повышенного крутящего момента, возникающего в следствии
наезда на препятствие или при значительном дисбалансе оси, нейтрализуется
защитным приспособлением из пружин и неподвижных упоров, которое
вначале пружинит, а затем, после незначительного хода, отключает
электрические приводы телескопа. Факт отключения приводов защитным
приспособлением, обозначаемый как перегрузка [Α] Альфа, сигнализируется
соответствующими световыми индикаторами на пульте управления телескопом.
Выборка мертвого хода в главном червячном зацеплении часовой оси
осуществляется тросовой тягой, с грузом 150 кг., приложенной к тросовому
барабану расположенному под червячным колесом. С помощью тросовой тяги,
создаётся постоянное и равномерное усилие в зацеплении зубьев червяка с
червячным колесом.
Ось склонения телескопа
Ось склонения расположена в центральной части часовой оси телескопа. Ось
посажена на два подшипника, это двухрядный самоустанавливающийся
подшипник с предварительным натягом и радиальный. Конструкция самой оси
полая, для прохождения пучка лучей в фокус КУДЭ. Непосредственно на оси
крепится червячное колесо с защитным механизмом и тросовый барабан
4
выборки мертвого хода в червячном зацеплении. Исполнительный привод оси,
вместе с двигателями, первичным редуктором, датчиком угла и выходным
червячным редуктором расположены ниже крепления самой оси и закрыты
защитным кожухом.
Также как и в приводе часовой оси, действие повышенного крутящего
момента, возникающего в следствии наезда на препятствие или при
значительном дисбалансе оси, нейтрализуется защитным приспособлением из
пружин и неподвижных упоров. Это приспособление вначале пружинит, а
затем, после незначительного хода, отключает электрические приводы
телескопа. Факт отключения приводов защитным приспособлением,
обозначается как перегрузка оси [Δ] Delta, и сигнализируется, в соответствии с
направлением приложенной силы, соответствующими световыми индикаторами
на пульте управления.
Выборка мертвого хода в червячном зацеплении оси склонения выполняется
тросовой тягой, с подвешенным грузом 96 кг.. Трос выборки мертвого хода
проходит через верхний подшипник часовой оси и наматывается на тросовый
барабан расположенный на оси склонения рядом с червячным колесом.
С помощью тросовой тяги, создаётся постоянное и равномерное усилие в
червячном зацеплении при любых положениях трубы телескопа.
Подвод электрических коммуникаций в трубу телескопа осуществляется по
скручиваемым кабелям проложенным в полом концентрическом пространстве
вокруг канала лучей для фокуса КУДЭ, вдоль оси склонения. Подвод
электрических коммуникаций к электрическому приводу оси склонения
осуществляется по скручиваемым кабелям, проложенным в полом пространстве
часовой оси, через подшипник в верхней части северного пилона.
Конструкция трубы
Главные и вспомогательные зеркала телескопа смонтированы в сплошной
трубе, которую для большей прочности изготовили с двойными стенками. В
задней части трубы, отличающейся повышенной жесткостью на изгиб,
находятся следующие соединительные фланцы:
•
•
к оси склонения для оправы главного зеркала
к оси склонения для отклоняющего зеркала в КУДЕ.
В передней части трубы расположена поворачиваемая опорная крестовина, а
непосредственно перед главным зеркалом смонтирован затвор из сегментных
клапанов защищающий его поверхность от попадания грязи в нерабочее время.
Затвор приводится в действие электродвигателем с дистанционного с пульта
управления.
Оправа зеркала, вместе с уравновешивающими грузами разгрузки, сзади
защищена прочным колпаком. Крепление вспомогательной (навешиваемой)
аппаратуры производится через поворотный фланец к оправе главного зеркала.
Главное зеркало, плавающим способом, ложится своей оправой на 12
радиальных и 12 аксиальных разгрузочных устройств. Разгрузочные моменты
удерживают зеркало во всех положениях телескопа в состоянии равновесия.
5
Положение зеркала определяется тремя опорными точками оправы, которые в
следствие разгрузки, нагружаются главным образом не зависимыми от
направления составляющими веса зеркала, а лишь действием постоянных
усилий пружин, прижимающих зеркало. С помощью специальных винтов
зеркало и оправу юстируют по отношению к трубе так, чтобы оптическая ось
была перпендикулярна оси склонения.
Для защиты от попадания пыли, грязи и атмосферных осадков в нерабочем
состоянии используется механический затвор в виде цельно-штампованной
крышки диаметром 1 метр, которую рекомендуется устанавливать и снимать
вручную при горизонтальном положении трубы.
Для терморегулирования трубы телескопа предусмотрены три вентилятора в
передней части трубы и система обогрева вблизи главного зеркала.2
Приводы телескопа
При наведении телескопа, его движение осуществляется по обеим осям на
четырёх скоростях в интервале от 1 минуты до 120° в минуту. В приводах
главных осей телескопа использованы многомоторные (многовходовые)
редукторы с электродвигателями переменного тока. Все электродвигатели,
кроме часового, являются асинхронными и питаются от силовой сети с
частотой 50 Гц.. Электродвигатель часового ведения телескопа является
синхронным, с основной частотой 50 Гц, но для обеспечения высокой точности
сопровождения звездных объектов его питание осуществляется от
преобразователя с кварцевой стабилизацией частоты.
Защитные блокировки и ограничители диапазона движения телескопа
Свободное движение телескопа на английской монтировке может быть
ограничено следующими факторами:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
пилонами монтировки;
скручиванием кабелей в обеих осях;
плоскостью горизонта;
длиной кабелей навешиваемого оборудования;
габаритными размерами и особенностями навешиваемого оборудования;
препятствиями располагающимися в зоне движения телескопа.
Ограничение диапазона движения телескопа, с учётом первых трёх факторов,
было реализовано при помощи оптико-электрических устройств подключаемых
к редукторам обеих осей. Движения по склонению и часовому углу,
преобразованные в моменты вращения и осевого смещения, воспринимаются
полыми цилиндрами, прозрачная часть боковых поверхностей которых
контролируется оптронными ключами. При прерывании светового потока в
любом из оптронов включаются цепи блокировки движения в данном
направлении. Блокировка производится для всех приводов грубого и точного
движения в данном направлении.
6
Купол и забрало башни телескопа
Купол установленный на башне телескопа имеет внутренний диаметр
8 метров и вес около 9 тонн. Купол имеет стально-деревянный каркас обшитый
досками и снаружи облицованный алюминием.
Купол оснащен молниеотводным устройством.1
Купол движется на самоустанавливающихся катках по вмонтированной в
фундамент башни направляющей, которая состоит из 12 цилиндрических
сегментов. Движение купола обеспечивается электродвигателем, который
развивает скорость порядка 120° в минуту. При такой скорости полный поворот
купола происходит примерно за 3 минуты.
В куполе имеется наблюдательная щель шириной 2.5 метра закрываемая
снаружи двустворчатым забралом. Раздвигающиеся в стороны створки забрала
перемещаются с помощью электрического двигателя питаемого и управляемого
через 5 контактных колец расположенных под куполом по его периметру.
Электропривод открывает и закрывает забрало за время порядка 30 секунд. Для
открытия и закрытия забрала, в исключительных случаях или при отсутствии
электричества, можно использовать ручной привод с установленным внутри
купола маховичком.
Для смены оптических систем, монтажа или демонтажа элементов
монтировки телескопа к ограничивающим щель арочным фермам прикреплена
крановая балка с подвесной тележкой грузоподъёмностью 1500 кГ.
Основные приборы и методы наблюдений
• ПЗС фотометр, является одним из основных приборов, применяемых в
фокусе КАССЕГРЕНА. Введён в эксплуатацию с марта 1994 года.
• Куде-эшелле спектрометр (CEGS), созданный Ф.А.Мусаевым в 1995
году и предназначенный для получения спектров высокого разрешения
порядка R = 30000 в широком спектральном диапазоне 3600-9000 А°.
Спектрограф оснащен криостатированной ПЗС камерой формата
2К х 2К.
• Спектрометр UAGS для фокуса КАССЕГРЕНА, введенный в
эксплуатацию в 2002 году и предназначенный для получения спектров
среднего разрешения в диапазоне от 4000 до 8000 А°. Спектрограф
оснащен криостатированной ПЗС камерой формата 2К х 2К.
• Охлаждаемая ПЗС камера для фокусов КАССЕГРЕНА и КУДЕ, формата
4К х 4К. Введена в эксплуатацию с 2015 года и предназначена для
получения прямых снимков. Камера предназначена для применения в
научных исследованиях и в качестве штатного измерительного средства
для технического обслуживания телескопа.
7
Таблицы
Таблица 1 Телескоп «ZEISS-1000» - Основные характеристики
№
Название параметра
Значение
1.
Диаметр входного зрачка
1016 мм
2.
Диаметр центральной тени от вторичного зеркала
350 мм
3.
Фокусное расстояние главного зеркала
4000 мм
-7
4.
Материал главного зеркала. Alpha = 1,0 x 10
Ситалл
5.
Материал дополнительных зеркал. Alpha = 1,0 x 10-7
Ситалл
6.
Фокусное расстояние в фокусе КАССЕГРЕНА
от 13 до 13,5 м
7.
Фокусное расстояние в фокусе КУДЕ
от 30 до 31,15 м
8.
Относительное отверстие в фокусе КАССЕГРЕНА
1:12,79 до 1:12.91
9.
Относительное отверстие в фокусе КУДЭ
1:29.53 до 1:30.66
10. Масштаб изображения в фокусе КАССЕГРЕНА
63 мкм/сек.дуги
11. Масштаб изображения в фокусе КУДЭ
145 мкм/сек.дуги
12. Диаметр изображения в фокусе КАССЕГРЕНА, в пределах которого
концентрируются [1]:
0,23"
• 50% светового потока
0,34"
• 75% светового потока
0,46"
• 90% светового потока
13. Диаметр изображения в фокусе КУДЕ, в пределах которого
концентрируются [1]:
• 50% светового потока
• 75% светового потока
• 90% светового потока
0,22"
0,35"
0,49"
14. Диаметр изображения в фокусе КАССЕГРЕНА, по результатам
юстировки методом Шака-Гартмана (декабре 2015 года):
• 50% светового потока
• 83% светового потока
0,24"
0,5"
15. Диаметр невиньетированного поля в фокусе КАССЕГРЕНА
170 мм или 45ʹ дуги
16. Диаметр плоского поля в фокусе КАССЕГРЕНА с применением
кварцевой линзы
175 мм или 45ʹ дуги
17. Диаметр невиньетированного поля в фокусе КУДЭ
76 мм (8ʹ дуги)
18. Спектральный диапазон
0.3 — 2,0 мкм
19. Угловое разрешение для фокуса КАССЕГРЕНА
~0.5"
20. Полный ход вторичных зеркал при фокусировке
74.45 мм
21. Цена деления точной шкалы фокусировки сельсин-индикатора
0,01 мм
22. Диапазон смещений верхнего подшипника для выставления часовой +/- 0,75°
оси на полюс мира (по обеим направлениям):
23. Максимальная масса аппаратуры в фокусе КАССЕГРЕНА
150 кГ
24. Масса трубы телескопа
4.8 тонн
25. Масса монтировки телескопа
12 тонн
8
Таблица 2 Телескоп «Гид» — рефрактор с полуапохроматическим объективом
№
Название параметра
Значение
1.
Диаметр объектива
200 мм
2.
Фокусное расстояние объектива
3000 мм
3.
Ход двух координатных салазок на выходе телескопа-гида
57ʹ или 50 мм
4.
Диаметр поля зрения с окуляром f=25мм
21ʹ или 18,3 мм
5.
Масштаб изображения в фокусе
14,5 мкм/сек
6.
Установлен подогреваемый противоросник от запотевания
Таблица 3 Телескоп «Искатель» — рефрактор
№
Название параметра
Значение
1.
Диаметр объектива
110 мм
2.
Фокусное расстояние объектива
750 мм
3.
Диаметр поля зрения с окуляром f=25мм
1,5° или 19,4 мм
4.
Масштаб изображения в фокусе
3,6 мкм/сек
5.
Установлен подогреваемый противоросник от запотевания
Таблица 4 Редуктор светосилы с кассетой 6,5 x 9 см.
№
Название параметра
Значение
1.
Фокусное расстояние
5800 мм.
2.
Относительное отверстие
1:5,8
3.
Масштаб изображения
28,3 мкм/сек
(1,7 мм/мин)
4.
Рабочее поле
28 мин или
47.6 мм
Таблица 5 Купол и забрало
Название параметра
Значение
Угол поворота купола (в градусах)
360°
Время одного оборота купола в программном режиме (мин)
7 мин 07 сек
Время одного оборота купола при управлении с пульта (мин)
6 мин 31сек
Синхронизация купола с оптической осью телескопа (градус)
< ± 1°
Ошибка измерения текущей позиции купола (градус)
< 0,5°
Режимы управления приводом купола:
 Ручной: с мобильных устройств и кнопок ручного пульта
 Через интерфейс АСУ по командам оператора
 Через АСУ (автосинхронизация)
+
+
+
Темп разгона/торможения при ручном управлении (град/сек 2)
0,23
Установившаяся скорость при управлении с пульта (град/мин)
55,18 °/мин
Установившаяся скорость при программном управлении
50,59 °/мин
Передаточные отношения и редукторы привода купола:
Общее передаточное отношение привода купола (Ik)
9
7812
Название параметра
Значение
Передаточное отношение мотор-редуктора (Imr)
111,6
К.П.Д. Редуктора
~96%
Тип редуктора:
Зубчатый, конический, 2-х ступенчатый
+
Наличие ворота ручного привода
Нет
Передаточное отношение зацепления на кольце купола (Ikk) 1
70
Тип электродвигателя
AC
асинхронный, переменного тока
Номинальная скорость вращения [паспорт] (об/мин)
1400
Номинальное напряжение [паспорт] (В)
~ 220/380
Номинальный ток [паспорт] (А)
1,4
Номинальная мощность [паспорт] (Вт)
250
Расчетная (механическая) мощность электропривода купола (Вт)
106
Фактическая (заданная) скорость двигателя в приводе (об/мин)
1300
Фактическое напряжение на двигателе (В)
~ 220
Максимально-реализуемая скорость двигателя в приводе
2000
Минимальное (реализуемое) время одного оборота купола (мин)
3
Привод забрала:
Тип электродвигателя постоянного тока
щеточный
Напряжение питания (В)
34
Максимальный рабочий ток двигателя (А)
1,5
Средняя потребляемая мощность электропривода при откр/закр. (Вт)
38
Отключение привода в крайних положениях по конечным выключателям
-
Время открытия / закрытия створок забрала (сек)
30
Таблица 3.
Скорости движения телескопа
Значение
Название параметра
Максимальная скорость наведения по обоим осям для 1-й скорости(°/min) 120
Минимальная скорость наведения по обоим осям для 1-й скорости (°/min) 11,3
Максимальная скорость коррекции для обоих осей (°/min)
3,5
Минимальная скорость коррекции для обоих осей (arcsec/sec)
0,1
Выбор скоростей коррекции
произвольный
Режимы сопровождения
• по телегиду
• по траектории
• по времени
Диапазон скоростей сопровождения (мин/мин)
От 0 до +/- 90
Управление телескопом
Местное и дист.
10
Примечания
1. О наличии молниеотводного устройства на куполе башни телескопа у
авторов не имеется достоверной информации!!
2. Эффективная работа систем вентиляции и обогрева зеркала в трубе
телескопа возможна только при установленном затворе (крышки) на
входном отверстии трубы.
Литература
1. Гельмут Артус 1-Метровые телескопы с системами РИЧИ-КРЕТЬЕНА и КУДЭ,
изготовленные народным предприятием "Карл Цейсс Йена" для Индии.
«ЙЕНСКОЕ ОБОЗРЕНИЕ» 1975/1. Carl Zeiss Jena
2. Обсерваторные купола 1975 г. Carl Zeiss Jena. Журнал.
3. Техническая документация на телескоп, поставляемая в изготовителем.
4. Результаты фактических исследований выполненных автором или техническим
персоналом обсерватории.
11