Зеркала из нержавеющей стали для самодельного телескопа Кассегрена (стр. 4 из 5)

Суть метода Фуко заключается в том, что точечный источник света S размещают вблизи центра кривизны зеркала С (рядом с осью симметрии) и испытывают его изображение , построенное также в центре кривизны по другую сторону оси (рис.7). Разместив глаз вблизи центра кривизны так, чтобы весь конус лучей, отраженных от зеркала, вошел в зрачок, и введя в него непрозрачный экран (нож Фуко) перед точкой пересечения лучей, наблюдаем теневую картину, приведенную на рис.7, a.

Рис.7

Положение ножа в этом случае называют предфокальным. Заметим себе, что при введении ножа справа (а именно так мы будем делать в последующем) теневой сегмент в предфокальном положении будет надвигаться на зеркало в том же направлении, что и нож.

В положении ножа позади изображения источника света (центра кривизны) направление движения тени изменится на противоположное, несмотря на та, что движение ножа остается прежним (справа). Тень будет надвигаться ему навстречу. Это объясняется тем, что нож перекрывает конус лучей после их пересечения, то есть пересекает лучи, образованные левым боком зеркала. Это так называемое зафокальное положение ножа (рис.7, с).

В том случае, когда нож коснется геометрического фокуса зеркала (центра кривизны), оно внезапно и одновременно погаснет. Это происходит потому, что нож перекрывает прохождение всем лучам именно там, где оба световых конуса, тот, что сходится и тот, что расходится, соприкасаются вершинами, иначе говоря, где пересечение этой части конуса лучей имеет почти точечные размеры (рис.7, b).

Нужно иметь ввиду, что указанные теневые профили будут наблюдаться только в зеркале с совершенной оптической поверхностью. В действительности же вначале полирования при испытании обычно обнаруживаются те или иные огрехи зеркальной поверхности.

Pисунки 8 и 9 призваны дать читателю представление о некоторых возможных простейших ошибках зеркала, приобретенных в ходе полирования. Тени на его поверхности напоминают рельеф, освещенный слева косыми лучами, которые распространяются навстречу ножу Фуко.

Рис.8

Воображаемый рельеф поверхности сходный с действительным его рельефом относительно безупречной поверхности сферы, которая при испытании ее из центра кривизны теневым методом кажется плоской (рис.7, с). При этом любая зона зеркала с меньшей кривизной представляется возвышением, любая зона с большей кривизной – углублением. Задача же и цель любителя – достижение плоской поверхности.

Одновременно подчеркнем, что теневой метод уверенно и надежно определяет рельеф поверзности при условии, что нож размещен вблизи центра кривизны, между предфокальным и зафокальным положениями.

Рис.9

Не будем сбрасывать со счета и заметные размеры (несколько сотых миллиметра) источника света (искусственной звезды); нож заслоняет его постепенно, вследствие чего образуется полутень, которая разделяет освещенные и темные зоны. Таким образом, полутень указывает, в фокусе какой зоны размещается нож.

Ход полировки диктовался характером погрешностей, выявленных на его поверхности ножом Фуко. При этом учитывались все факторы, влияющие на конечный результат: и вязкость смолы, и рабочая температура, и длина штриха, и скорость движений. Тем не менее, их постоянно изменяющиеся в процессе фигуризации характеристики не всегда приводили к ожидаемым изменениям формы поверхности зеркала.

Дело затруднялось и тем, что нержавеющая сталь крайне медленно подается обработке. Лишь продолжительное полирование обнаруживало эффективность или негодность применяемых методов.

Получасовые периоды фигуризации (а ближе к ее окончанию - чаще) завершались теневым испытанием и перепрессовкой полировальника в течение 5 - 10 минут с грузом на зеркале перед очередным сеансом ретуши.

Устранение завала было сопряжено с чувствительными трудностями. В ход были пущены специальные методы - подрезка, формовка полировальника. Смола дважды сбивалась с полировочного притира, доля канифоля в ней - увеличена. Длина штриха была сокращена до 1/5 - 1/6 радиуса зеркала.

Неподатливость металла особенно проявилась при завершении работы. Временами казалось, что с большим успехом можно ухватить пальцами каплю ртути, чем одновременно затенить всю поверхность зеркала ножом Фуко, установленным в центре его кривизны. Самое легкое соприкосновение зеркала и полировальника сопровождалось непредсказуемым изменением теневого рельефа, хотя способы устранения погрешностей и соответствовали их характеру. К примеру, плавно "приподнять" яму в центре зеркала удалось, только отформовав в центре полировальника звезду с пятью длинными кривыми лучами.

Работа не превзошла силы автора. Трехнедельная фигуризация закончилась как и положено: на зеркале была получена плоская теневая картина. Сработал здесь не только опыт автора, но в не меньшей мере и его умение вовремя остановиться.

Параболизовать зеркало с большим относительным отверстием (в данном случае - 1/5) рекомендуется на полировальнике звездчатой формы. Смола для этой цели может быть более мягкой.

С помощью плоского эталонного зеркала с центральным отверстием, заимствованным на время испытаний в Одесской астрономической обсерватории, автор для контроля параболоида использовал теневой метод по схеме Ричи (рис.10).

Рис.10

Зеркало и плоский эталон в оправах с юстировочными винтами, для обеспечения их соосности, устанавливались на оптической скамье на расстоянии 750 мм друг от друга.

Способ крепления главного зеркала в оправе позволял легко вынимать его для ретуши и вставлять на место без нарушения юстировки.

Источник света располагался перед входным отверстием плоского эталона в фокусе зеркала. Наклоняя зеркало, автор добивался, чтобы отражение источника "провалилось" в его центральное отверстие. Затем, осторожно наклоняя и поворачивая плоский эталон, подводил изображение источника света к ножу.

Испытание ножом Фуко, установленным в фокусе зеркала, показало на его поверхности теневой рельеф - бугор в центре и подвернутый край. Ретушь должна была вестись до плоской теневой картины.

Короткие "порции" полировки (по 15 минут) плавно понижали центральную часть зеркала. Фигуризация близилась к завершению. И тут автор столкнулся с проблемой, которая грозила свести нанет всю работу. Протирая после мытья зеркало, он заметил на его поверхности мутный налет. Зеркало, освещенное электролампочкой, при осмотре с помощью линзы казалось обильно усыпанным зернами мака. Крупнозернистый металл проявил себя: вскрылся слой раковин с мельчайшими частичками шлака в них, которые, освобождаясь при полировке, царапали зеркало.

Сливочный пирожок, как говорит Шахерезада, оказался с перцем.

Работа над зеркалом перешла в стадию, которая не входила в расчет - в стадию поединка между металлом и человеком. Металл не желал менять свою структуру, человек - уступать победу.

Но сама структура давала шанс. Слои, источенные раковинами, чередовались с плотными, чистыми слоями. Задача теперь состояла в том, чтобы вклиниться между негодными слоями.

Мастер, как говорит отец автора, не тот, кто умеет сделать, а тот, кто умеет исправить.

Возвращаться к тонкой шлифовке, как к более действенному средству - значило допустить тактическую ошибку: раковины на матовой поверхности практически неотличимы от зерен абразива, застрявшего в металле. Угроза сошлифовать и часть чистого слоя при таком раскладе была реальной. Оставался единственный способ - продолжить полировку, пока слой раковин не истончится настолько, что его можно будет "добить" в ходе ретуши и получить параболоидальную поверхность на чистом слое, до вскрытия очередного слоя раковин.

Автору удалось с этим справиться только с четвертого захода, сполировав до этого как слои, изъеденные раковинами, так и чистые слои. После месячных мытарств поверхность зеркала с едва заметными следами "мака" обрело точную сферическую форму, которая в свою очередь была искусственно и, главное, во?время, искажена ретушью до параболоидальной на полировальнике, отформованном в виде восьмилучевой звезды: при испытании в автоколлимации с плоским эталонным зеркалом испытуемое зеркало показало плоский теневой рельеф.

И если автор и был вынужден, скрепя сердце, в графу "Зло" внести запись о нескольких царапинах на его поверхности (допускаемых, впрочем, VII классом чистоты для астрономических зеркал ), то в графу "Добро" он твердой рукой записал: "Работа над главным зеркалом - завершена".

Самое легкое - позади, самое трудное - впереди. С этой мыслью автор взял в руки два выточенных на токарном станке диска из нержавеющей стали диаметром 56 мм и 10 мм толщиной, одному из которых предстояло стать вторичным зеркалом для телескопа Кассегрена.

Этапы и приемы работы здесь такие же, как и при изготовлении главного зеркала, с той лишь разницей, что вторичное зеркало – выпуклое, а инструмент для его обработки - вогнутый, а небольшие размеры заготовок облегчали условия труда и ускорили сам процесс.

Канавки на поверхности полировочного притира с твердой смолой прорезались закрепленным в рукоятке от напильника жалом электропаяльника, которое нагревалось на огне.

В десять дней обошлось автору доведение зеркала до стадии фигуризации, но все труды пошли насмарку: поверхность зеркала, источенная раковинами, казалась "рябой". При теневом испытании она напоминала, по образному выражению К.Л.Стонга "…грубую кожу мандарина"(4). Там же дано и решение проблемы: покрыть зеркало пленкой из хрома, по которой и вести полировку. Оставляя на будущее этот вариант из-за невозможности реализовать его в данный момент и учитывая опыт работы над главным зеркалом, автор нашел для себя выход в том, чтобы изготовить вторичное зеркало из листового металла.