Κατασκευή truss τηλεσκοπίου 12"

Εισαγωγή

Εδώ και καιρό με απασχολούσε το θέμα της κατασκευής ενός ultra compact τηλεσκοπίου. Βλέποντας φωτογραφίες και διαβάζοντας άρθρα με ωθούσαν όλο και περισσότερο στο να ξεκινήσω την υλοποίηση του. Δυστυχώς τα ερασιτεχνικά τηλεσκόπια που υπάρχουν σήμερα στην ελληνική αγορά, λόγω της μαζικής παραγωγής τους, δεν πληρούν αρκετές από τις προδιαγραφές που θα πρέπει να έχει ένα τηλεσκόπιο για να είναι λειτουργικό και να αποδίδει σωστά. Η αστάθεια, το μεγάλο βάρος και η δυσκολία μεταφοράς των τηλεσκοπίων αυτών είναι λίγα από τα μειονεκτήματα που  έχουν.

Ασχολούμαι με την ερασιτεχνική αστρονομία πάνω από 10 χρόνια ενώ τα τελευταία 5 χρόνια κάνω συστηματικές παρατηρήσεις με τηλεσκόπιο. Έχω αλλάξει 4 τηλεσκόπια ενώ έχω χειριστεί άλλα σε εξορμήσεις και συναντήσεις με άλλους ερασιτέχνες. Αυτό που έχω συμπεράνει μιλώντας πάντα για οπτική παρατήρηση είναι ότι εκτός από τη μεγάλη διάμετρο του κατόπτρου θα πρέπει το τηλεσκόπιο μας να είναι εύκολα μεταφέρσιμο και ταυτόχρονα σταθερό. Ένα ρητό που έχουμε οι ερασιτέχνες αστρονόμοι είναι ότι "το καλύτερο τηλεσκόπιο είναι αυτό που χρησιμοποιείς συχνότερα". Ένα τηλεσκόπιο λοιπόν το οποίο μεταφέρεται εύκολα είναι και ένα τηλεσκόπιο που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε πιο συχνά. Συνεπώς είναι ένα καλό τηλεσκόπιο.

Η σταθερότητα κατά την παρατήρηση είναι επίσης ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό που πρέπει να έχει ένα ποιοτικό τηλεσκόπιο. Όλοι οι ερασιτέχνες θα έχουμε τύχει να παρατηρούμε ένα στόχο με μεγάλη μεγέθυνση (πχ έναν πλανήτη). Σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει ανά τακτά χρονικά διαστήματα να διορθώνουμε τη θέση του τηλεσκοπίου μας λόγω μετακίνησης του στόχου μέσα στο πεδίο (λόγω περιστροφής της Γης). Αυτού του είδους οι μικρο-κινήσεις που πρέπει να κάνουμε είναι της τάξεως μερικών λεπτών της μοίρας. Η ομαλή μετακίνηση σε αυτό το επίπεδο είναι πολύ δύσκολη και η παραμικρή ταλάντωση (πχ λόγω αέρα) επιφέρει πολύ μεγάλη μετατόπιση του παρατηρούμενου αντικειμένου μέσα στο πεδίο μας. Επιπλέον όταν η κίνηση δεν είναι καλή δημιουργεί αναπηδήσεις και ταλαντώσεις. Συνεπώς το τηλεσκόπιο μας θα πρέπει να είναι ικανό να κινείται ασκώντας μια σχετικά μικρή δύναμη (περίπου ενός κιλού) και στις 2 κατευθύνσεις (αζιμούθιο και ύψος) ενώ να είναι ταυτόχρονα μαλακό σε κίνηση αλλά και σταθερό χωρίς ταλαντώσεις και αναπηδήσεις κατά το χειρισμό.

Κατασκευή

Παρακάτω θα προσπαθήσω να περιγράψω την κατασκευή ενός truss τηλεσκοπίου με τα εξής χαρακτηριστικά:

• Διάμετρος κυρίως κατόπτρου: 12" (0.3m)
• Εστιακή απόσταση: 1,5m
• Εστιακός λόγος: F/5

Τα βασικά βήματα για την κατασκευή ενός truss τηλεσκοπίου είναι:

1. Κέλυφος στήριξης του πρωτεύοντος κατόπτρου (mirror cell).
2. Κατασκευή κουτιού του πρωτεύοντος κατόπτρου (mirror box). 
3. Κατασκευή και συναρμολόγηση του άνω κλωβού. 
4. Αντιστηρίγματα (truss). 
5. Υψομετρικές καμπύλες. 
6. Κατασκευή του κουτιού περιστροφής και της βάσης (rocker box και ground board).
7. Σύστημα ζύγισης.
8. Φωτοχιτόνιο

Τα υλικά που χρησιμοποίησα είναι απλά τα οποία μπορεί ο καθένας να προμηθευτεί. Το ξύλο που χρησιμοποίησα είναι κόντρα πλακέ θαλάσσης κατηγορίας σημύδα πάχους 18mm βαμμένο με ειδικό βερνίκι διπλής στρώσης. Το ξύλο είναι αρκετά στιβαρό και είναι εντελώς άκαμπτο καθώς επίσης και ανθεκτικό σε καιρικές συνθήκες.

Βήμα 1: Mirror Cell

Το κέλυφος για το πρωτεύον κάτοπτρο (mirror cell) χρησιμεύει στο να έχουμε ένα κάτοπτρο σε σταθερή θέση και ταυτόχρονα να μπορούμε να το ευθυγραμμίζουμε. Το mirror cell που χρησιμοποίησα είναι το εργοστασιακό της GSO για τις 12" και είναι 9 σημείων. To mirror cell τοποθετήθηκε στο κάτω μέρος του mirror box.

Το mirror cell της GSO για νευτώνεια τηλεσκόπια 12"

Βήμα 2: Κατασκευή Mirror Box

Το mirror box του τηλεσκοπίου είναι ένα ξύλινο κουτί διαστάσεων 40Χ40Χ20εκ. έτσι ώστε να μπορεί να φιλοξενεί το mirror cell και συνεπώς το πρωτεύον κάτοπτρο. Επίσης συγκρατεί τις καμπύλες του Alt. Τα επιμέρους κομμάτια του κουτιού κολλήθηκαν και βιδώθηκαν μεταξύ τους για καλύτερο δέσιμο. Στο πάνω μέρος και εσωτερικά εφαρμόστηκε σε βάθος 5 εκ. το καπάκι του οποίου ανοίχτηκε μια τρύπα 13" για να υπάρχει αρκετό κενό και να μην παρεμβάλει το τοίχωμα στο εισερχόμενο φως. Τέλος τοποθετήθηκαν βοηθητικές χειρολαβές στα πλαϊνά για εύκολη μεταφορά.

Το mirror box με τις χαρακτηριστικές καμπύλες του Alt.

Βήμα 3: Κατασκευή άνω κλωβού

Ο άνω κλωβός φιλοξενεί τον εστιαστή, την αράχνη με το δευτερεύον, τις βάσεις του ερευνητή και telrad καθώς και 4 βίδες συγκράτησης για τα αντιστηρίγματα. Υπάρχουν 2 ειδών σχεδιασμοί για τον άνω κλωβό:

• Μονού δακτυλίου
• Διπλού δακτυλίου

Ο άνω κλωβός. Η συγκεκριμένη διάταξη είναι για αριστερό χειρισμό

Στη συγκεκριμένη κατασκευή ο άνω κλωβός είναι μονού δακτυλίου και όχι διπλού για αποφυγή επιπλέον βάρους αλλά και οικονομία υλικών. Είναι σημαντικό το πάνω μέρος του τηλεσκοπίου να είναι ελαφρύ για να έχουμε την ελευθερία να τοποθετήσουμε πολλά παρελκόμενα αν θέλουμε στο μέλλον. Σε άλλη περίπτωση βάζοντας πολλά παρελκόμενα γίνεται βαρύ με αποτέλεσμα ένα τηλεσκόπιο εμπροσθοβαρές*.

*Το εμπροσθοβαρές τηλεσκόπιο είναι κάτι το οποίο πρέπει να αποφύγουμε στην κατασκευή μας για το λόγο ότι αν θέλουμε να το ζυγίσουμε μετά θα πρέπει να τοποθετήσουμε στο κάτω μέρος ένα πολύ μεγάλο αντίβαρο ανάλογο του εστιακού μας λόγου. Φροντίζοντας το τηλεσκόπιο μας να να είναι λίγο βαρύτερο στο πίσω μέρος έχουμε τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσουμε μεγάλα προσοφθάλμια αλλά και πολλά αξεσουάρ. Αν παρ' όλ' αυτά είναι ακόμη βαρύ προς τα πίσω, μπορούμε με ένα μικρό αντίβαρο να το ισορροπήσουμε.

Η εσωτερική διάμετρος του δακτυλίου είναι 13" ενώ η εξωτερική είναι 14.5". Η προσαρμογή της αράχνης με το δακτύλιο έγινε με απλές γωνιές μεταλλικές, ενώ η βάση του εστιαστή και του telrad βιδώθηκαν σε 2 κομμάτια ξύλου. Σε αυτό το σημείο επίσης σημαντικό είναι να επιλέξουμε με ποια διάταξη θέλουμε να τοποθετήσουμε τις βάσεις του ερευνητή, του telrad και του εστιαστή για καθορίσουμε το χειρισμό του τηλεσκοπίου μας (αριστερός ή δεξιός). Τα Ευρωπαϊκά μοντέλα έχουν αριστερό χειρισμό ενώ τα Αμερικάνικα δεξιό. Η επιλογή είναι δική σας.

Βήμα 4: Αντιστηρίγματα

Τα αντιστηρίγματα δεν είναι τίποτε άλλο από 8 σωλήνες αλουμινίου πάχους 2εκ. οι οποίες συνδέουν το mirror box με τον άνω κλωβό. Το χαρακτηριστικό των αντιστηριγμάτων είναι ότι τοποθετούνται με διάταξη Λ. Αυτό προσδίδει ακαμψία και ταυτόχρονα μια ελαφριά κατασκευή. Το μήκος των σωλήνων θα πρέπει να υπολογιστεί λαμβάνοντας υπόψιν την εστιακή απόσταση, την απόσταση  του δευτερεύοντος από εστιαστή καθώς και την κλίση που θα έχουν. Εφαρμόζοντας πυθαγόρειο θεώρημα υπολογίζουμε πόσο πρέπει να είναι τα αντιστηρίγματα μας. Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στον υπολογισμό. Κατά το κόψιμο καλό είναι να προσθέσουμε 1εκ. επιπλέον και όχι ακριβώς γιατί υπάρχει κίνδυνος να είναι οι σωλήνες μικρότερες από αυτές που πραγματικά θέλουμε. Στη συγκεκριμένη κατασκευή οι σωλήνες είναι μήκους 125εκ.

Τα αντιστηρίγματα είναι συνδεδεμένα ανά 2 στο πάνω μέρος για ευκολότερη συναρμολόγηση στο σκοτάδι.

Βήμα 5: Υψομετρικές καμπύλες (Alt)

Οι καμπύλες κατά το στάδιο κατασκευής τους

Οι καμπύλες του Alt τοποθετούνται στο mirror box και με τη βοήθεια τους μπορούμε να κινήσουμε το τηλεσκόπιο με κυκλική τροχιά. Το μέγεθος των καμπυλών εξαρτάται από το κέντρο βάρους που έχει το τηλεσκόπιο όταν είναι πλήρως συναρμολογημένο μαζί με το πιο βαρύ προσοφθάλμιο που έχουμε. Επίσης έχει να κάνει και με την κατασκευή μας και το βάρος που έχουν τα επιμέρους κομμάτια (κουτί πρωτεύοντος, άνω κλωβός κτλ). Το κέντρο βάρους ορίζει την ακτίνα που πρέπει να έχουν οι καμπύλες μας μέχρι το σημείο επαφής τους με τα σημεία τριβής.

Είναι σημαντικό οι καμπύλες μας να είναι μεγάλες για το λόγο ότι η κίνηση θα πρέπει να είναι η περίπου ίδια με του Az που είναι σε επίπεδο.

Το πάχος των καμπυλών είναι 36χιλ. ενώ το σχήμα τους είναι ημισέληνος για μικρό βάρος και ταυτόχρονα στιβαρότητα και ακαμψία.

Ιδιαίτερο βάρος δόθηκε στο κόψιμο των καμπυλών για το λόγο ότι έπρεπε να είναι χωρίς ατέλειες. Η παραμικρή ανωμαλία στην επιφάνεια δυσκολεύει την τοποθέτηση της φορμάικας ενώ τα κενά που δημιουργούνται πιθανότατα θα αποκολλήσουν ή θα καταστρέψουν την επιφάνειά της. Επιπλέον η κίνηση όταν χρησιμοποιούμε μεγάλες μεγεθύνσεις είναι ομαλή χωρίς αναπηδήσεις. Στη συγκεκριμένη κατασκευή οι καμπύλες μας ήταν περίπου 77εκ διάμετρος (δηλαδή 38,5εκ ακτίνα).

Βήμα 6: Κατασκευή rocker box

Το τελευταίο κομμάτι του τηλεσκοπίου δεν είναι άλλο από τη βάση του. Η βάση του τηλεσκοπίου στηρίζει όλα τα παραπάνω. Αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να είναι όσο γίνεται σταθερή χωρίς ταλαντώσεις. Η βάση αποτελείται από 2 μέρη, το μετακινούμενου και το μέρος που είναι σταθερό στο έδαφος. Το μετακινούμενο μέρος της βάσης κινείται μαζί με το τηλεσκόπιο κατά το αζιμούθιο ενώ κατά το ύψος μένει σταθερή καθώς το τηλεσκόπιο σύρεται με τις καμπύλες και το θηλυκό μέρος της βάσης. Τα σημεία κίνησης αποτελούνται από ένα ειδικό υλικό χαμηλού συντελεστή τριβής που λέγεται teflon. 

Το μέγεθος των teflon έχει υπολογιστεί με βάση τις στατικές και δυναμικές τριβές που θα πρέπει να υπάρχουν κατά την κίνηση και στους 2 άξονες. Η πίεση που θα πρέπει να εφαρμόζεται ανά μονάδα τετραγωνικής ίντσας θα πρέπει να είναι κοντά στα 15PSI. 

Χρησιμοποιώντας ενισχυμένα διπλού πάχους ξύλινα μέρη στη βάση πετυχαίνουμε τη απόλυτη ακαμψία στη βάση.

Σύστημα ζύγισης

Όπως αναφέραμε παραπάνω, το τηλεσκόπιο μας δεν μπορεί να είναι απόλυτα ζυγισμένο λόγω του ότι χρησιμοποιούμε κάθε φορά διαφορετικό εξοπλισμό. Για  να έχουμε λοιπόν ομοιόμορφη κίνηση κατά το ύψος θα πρέπει το τηλεσκόπιο να είναι ζυγισμένο. Για το λόγο αυτό κατασκευάστηκε ένα ειδικό σύστημα ζυγίσματος το οποίο επιτρέπει να εισάγουμε ή να αφαιρούμε 3 αντίβαρα στο πάνω μέρος, ρυθμίζοντας έτσι κάθε φορά το ζύγισμα. Αυτό επιτρέπει όχι μόνο να έχουμε ένα τηλεσκόπιο ζυγισμένο αλλά και να ασκούμε ίδιο ποσοστό δύναμης τόσο αν κινούμε το τηλεσκόπιο προς τα πάνω όσο και προς τα κάτω. Δηλαδή απόλυτη αρμονία στην κίνηση.

Το σύστημα ζυγίσματος με τα 3 αντίβαρα.

Φωτοχιτόνιο

Επειδή το τηλεσκόπιο είναι ανοιχτό, αυτό επιτρέπει σε τεχνητές πηγές φωτός που βρίσκονται κοντά, να παρεμβαίνουν και να αλλοιώνουν την εικόνα που βλέπουμε μέσα από το προσοφθάλμιο. Επίσης το πρωτεύον κάτοπτρο είναι εκτεθειμένο σε τυχών πτώσεις αντικειμένων τα οποίο μπορεί να κρατάμε κατά την παρατήρηση. Για τους παραπάνω λόγους ένα προστατευτικό κάλυμμα το οποίο να καλύπτει όλο το τηλεσκόπιο είναι απαραίτητο αξεσουάρ. Το φωτοχιτόνιο αποτελείται από μαύρο ματ ελαστικό ύφασμα το οποίο "αγκαλιάζει" όλο το σώμα του τηλεσκοπίου μας.

Το τηλεσκόπιο ντυμένο με το φωτοχιτόνιο του.