#реал #астрономическое #картинки_в_блогах

Новая история о том, что может сделать небольшая группа астрономов с прямыми руками, свободным временем и неуёмным любопытством. Примерно одновременно с идеей строительства домика для телескопа мы занимались другим проектом – печатью телескопов на 3D-принтере.

Тема эта, конечно, не новая – доступность 3D-принтеров с одной стороны и дороговизна астрономической и оптической техники – с другой, мотивировали многих энтузиастов заниматься самостоятельным изготовлением средств наблюдения. Правда, обычно такие самопальные телескопы не отличаются высокими эксплуатационными и техническими характеристиками. Нам же хотелось получить рабочий инструмент, не уступающий готовым заводским решениям.

Инициатором, идейным вдохновителем и ключевым исполнителем этого проекта стал один наш молодой, но весьма одарённый студент с прямыми руками и светлым умом. Конечно, помогал ему, в меру своих возможностей, весь наш коллектив, но сам этот проект – его заслуга. В инициативном порядке, посоветовавшись с нашими специалистами по астрофотографии, он спроектировал, распечатал и собрал небольшой рефлектор со 130-мм главным зеркалом (разумеется, вся оптика для телескопов покупалась готовой в Китае). Вот так он выглядел на нашей загородной съёмочной площадке:

Вообще говоря, 130-мм рефлекторы – начальная ступень сколько-то серьёзной любительской астрономии. Китайские ноунеймы с таким диаметром главного зеркала сейчас продаются за 20-30 тысяч рублей, а хороший Celestron или SkyWatcher – за 50-60. Зачем же нам потребовалась самопальная версия не самого крутого оптического инструмента? Тому было две причины: отработка технологии и прицел на астрофотографию.

Дело в том, что большинство телескопов в этом классе используются для визуальных наблюдений – то есть, чтобы смотреть на небесные объекты глазом через окуляр телескопа. Для этого в фокусе главного зеркала, собирающего свет от далёких звёзд, ставится зеркальце поменьше, перенаправляющее свет в систему призм и линз окуляра. Увы, каждое отражение от вспомогательного зеркала означает потерю части собранного главным зеркалом света, а потому снимать через такой телескоп, заменив окуляр на специализированную камеру для астрофотографии, конечно, можно, но с неизбежными потерями качества снимка. Чтобы этого избежать, астрофотографы давно придумали очевидное решение – ставить камеру для съёмки прямо в фокус главного зеркала и собирать свет прямиком на её матрицу. Астрономические приборы, собранные по такой схеме, называют астрографами.

Правда, 130 мм для съёмок наиболее интересных объектов звёздного неба всё-таки маловато, а потому крупные производители астрографов в таком диаметре практически не делают, существующие же модели стоят совершенно неадекватных денег (от 300 тысяч рублей). Так что одним решением мы убивали сразу двух зайцев: проверяли возможность использования 3D-печати для производства телескопов и получали необычный, но интересный инструмент. Камера в нём, как и полагается астрографам, устанавливалась на дальнем конце оптической трубы. Вот, посмотрите на узел крепления камеры поближе:

Чёрное пластиковое кольцо в центре фото фиксирует камеру на главной оптической оси главного зеркала, а регулировочная шестерня позволяет регулировать её положение, чтобы попасть точно в фокус главного зеркала.

Как вы наверняка заметили по фотографиям выше, телескоп не полностью пластиковый – сама несущая конструкция оптической трубы представляет собой три алюминиевые шпильки, в нескольких местах стянутые пластиковыми кольцами. Всё-таки пластик не обеспечивает достаточной продольной жёсткости конструкции даже небольшого телескопа. Предвидя возможные вопросы: делать оптическую трубу телескопа без, собственно, трубы, ограничиваясь ажурной несущей конструкцией – вполне распространённое решение. При необходимости соорудить непрозрачный кожух из канализационной трубы несложно, но для загородных съёмок этого просто не нужно – в условиях небольшой засветки на зеркало практически не попадает паразитного освещения.

На удивление, первый блин комом не вышел – телескоп не просто нормально функционировал, но и добросовестно выполнял обязанности астрографа. Вот так через него выглядит галактика M101, более известная под прозвищем «Вертушка»:

Невооружённым взглядом она вообще не видна, да и в дешёвые телескопы её можно разглядеть только в виде расплывчатого белёсого пятна, а тут, смотрите-ка, даже отдельные спиральные рукава рассмотреть можно!

Вдохновлённый этим успехом, наш молодой кулибин решил закрепить успех, создав по той же технологии гораздо более серьёзный инструмент – 200-мм телескоп-астрограф. Он должен был обладать сменными модулями, позволяющими использовать его и как телескоп для визуальных наблюдений (со вторичным зеркалом и окуляром), и как астрограф (с камерой для астрофотографии в фокусе главного зеркала). Под этот проект было получено финансирование по программе поддержки научно-технического творчества молодёжи, и работа закипела. Вот так должен был выглядеть готовый телескоп на монтировке:

Как и полагается серьёзной разработке, сначала все узлы и элементы будущего телескопа были смоделированы и подогнаны друг к другу в виртуальном пространстве, а уже потом началось их производство. Вот как выглядел этот процесс на примере печати креплений для главного зеркала:

N.B. Кто бы знал, что вроде как приличный принтер Creality3D K1 имеет такой глючный софт! Наши технические специалисты всем своим дружным коллективом кое-как заставили его работать месяца через три мучений!

Несмотря на возникшие технические трудности, в итоге проект удался на славу – вот готовый 200-мм телескоп вместе со своим создателем позируют в нашей лаборатории:

А вот он же, так сказать, в естественной среде обитания, проверяет, не исчезла ли с неба Луна:

С помощью такого телескопа, приличной астрокамеры и прямых рук оказалось возможным делать куда более качественные снимки объектов ночного неба. Вот, например, туманность Ориона в одноименном созвездии. Конечно, это не красивые цветные фотки с «Хаббла», да и объект выбран достаточно яркий, но для самодельного телескопа – несомненный успех:

А вот фото, на первый взгляд, совершенно непримечательной туманности «Сова» (М97):

Что в нём такого важного? А то, что многие астрономы-любители используют его в качестве маркера качества своей съёмочной техники и навыков обращения с ней. Если у этой тусклой туманности (её звёздная величина 10m, это в 170 раз тусклее туманности Ориона и в пять – «Вертушки») можно разглядеть характерные «глаза», значит, ваш инструментарий и умения съёмки находятся на достойном уровне.

N.B. Не могу не поделиться первым детальным изображением этой туманности, сделанным британским астрономом Уильямом Парсонсом, более известным по своему титулу как граф Росс. Впервые разглядеть структуру туманности удалось в середине XIX века, когда фототехника ещё не позволяла делать снимки тусклых объектов далёкого космоса, так что астрономам приходилось полагаться на свои художественные таланты. Лорда Росса они не подвели:

Разумеется, в ходе реализации проекта не обошлось без разнообразных сложностей и проблем. Как выяснилось ещё на стадии проектирования, простое масштабирования конструкции в сравнении с отработанным 130-мм телескопом не работает – с ростом размеров оптической трубы продольные нагрузки на неё растут нелинейно, а потому пришлось сильно наращивать диаметр несущих шпилек и городить массивное крепление, с помощью которого телескоп устанавливался на монтировку. Из-за увеличения диаметра зеркала пришлось увеличивать изолирующий кожух (этакую сплошную прото-трубу у зеркала), а из-за планов использовать телескоп в том числе для визуальных наблюдений, узел крепления вторичного зеркала или камеры также пришлось помещать во второй такой же кожух. Плюс упомянутые выше сложности с принтером и ещё десятки мелочей, известных одному только автору-исполнителю проекта.

Тем не менее, итоговый результат того стоил. Мало того, что у нас в принципе получился рабочий телескоп, все пластиковые узлы которого были произведены методом 3D-печати, так он ещё оказался чудо как хорош в визуальных наблюдениях! Да-да, телескоп, изначально проектировавшийся как астрограф, оказалось очень удобно использовать, чтобы показывать людям Луну, Венеру или Юпитер. Вот, например, наш 3D-печатный телескоп во время публичных наблюдений полного лунного затмения, о съёмках и наблюдениях которого я вам рассказывал прошлой осенью:

За счёт отсутствия массивной металлической трубы и, в целом, доминирования в конструкции телескопа пластика, таскать и устанавливать его в прямом смысле намного легче, чем аналогичные по классу «заводские» телескопы. При этом качество картинки для визуальных наблюдений остаётся отличным, а паразитным освещением, падающим на зеркала через ажурную конструкцию, можно пренебречь – за счёт грамотно расположенных кожухов на них падает так мало «лишнего» света, что это практически не влияет на видимую глазом картинку.

Печать телескопа на 3D-принтере наделала немало шума в узких кругах интересующихся. В следующем году мы с телескопом немало поездили по всяким региональным выставкам и прочим тематическим мероприятиям, университетское начальство похвалило нас за поддержку талантливой молодёжи, сообщество астрономов-любителей живо интересовалось техническими подробностями разработки и производства, а само юное дарование вместе со своим телескопом и старшим товарищем-астрофотографом пригласили на региональное телевидение:

В общем, несмотря на все технические проблемы, проект вышел успешным. Мы получили хороший инструмент для публичных наблюдений (для съёмок нам вскоре достался ещё более серьёзный оптический инструмент, но примечательную историю его обретения я расскажу как-нибудь в другой раз), талантливый студент – реализацию смелой идеи, достойное вознаграждение и интересный проект в своё портфолио, а сообщество астрономов-любителей – подтверждение жизнеспособности концепции использования 3D-печати для производства оптической техники со сравнительно низким порогом вхождения.