Introduction: Homemade 12.5 Inch Dobsonian Telescope
How to build a 12.5 inch closed tube Dobsonian telescope. I began building it in the spring of 2008, but the bulk of the work was done in July of 2008 with first light occurring on July 25. This Instructable describe the planning, design, and parts of the scope, as well as the process of building The scope. This is the first telescope that I have built
I found out pretty quickly that building my own telescope would only be a bargain if I made my own mirror and mechanical parts. This might have been tempting if I wanted to build a 6 inch scope—at that size, they say that first-timers do pretty well at grinding and figuring their own optics. But I wanted a larger mirror, and, at that size, grinding my own was not an option. I also wanted to buy the other mechanical parts—mirror cell, spider, secondary holder, and focuser—so that the performance of these pieces was not limited by my skills. When I looked at the costs, I seriously considered buying an Orion telescope instead of building my own. It would cost less and they have a very good reputation. But by this time I had thought about building my own scope for several weeks, and getting one off the shelf seemed pretty boring by comparison!
Once I decided to build a scope myself I had to decide on the aperture of the scope. 10 inch or 12 inch. For a while I decided that 10 inch would be the best size. Many sources point out that 10 inches is a kind of sweet spot in the balance between power and portability. A 10 inch scope would not be very much longer or heavier than my 6 inch, yet it would allow me to see much more. Yet I was also becoming infected with aperture fever. I had the thought that as long as I was going to build it I should build it as big as I could afford. The wood would cost the same, as would pretty much everything except the mirror, so why not spend a little more on the mirror and go BIG.
I was finishing this inner debate when I got a copy of the book “The Dobsonian Telescope” by Kriege and Berry as a Christmas gift. This book describes in great detail the steps to build a large aperture truss tube dob, focusing on scopes with a 12.5 to 40 inch mirror. It had been described by many as the most important recent volume for anyone planning to build a dob, and I have to agree. As I read the book I decided that I should build a 12.5 inch truss tube scope. As the authors describe the benefits of a truss design, it is hard to dispute their arguments. I even began taking careful notes about needed supplies and plans for each piece of the truss tube scope. As I continued to read, however, I was struck by the many complications of the design and, frankly, how many ways I could screw it up. The last chapter of the book describes a plan for an 8 inch sonotube dob with a few design elements from their truss design, and, as I read that chapter, the simplicity of its construction was very appealing. I decided that my best option was to scale up their 8 inch design for a 12.5 inch scope and sacrifice the portability and easier storage of a truss scope for something that I felt confident in building myself.
Step 1: The Parts and Budget
Price List
Primary Mirror (12.5” f/5): $850
Secondary (2.6”): $150
Spider/Secondary Holder: $60
Sonotube (14 inch diameter, 12 feet long): $70
Mirror Cell: $66
Focuser (GSO 2 speed low profile Crayford): $139
Ebony star strips: 2 @ $10
Ebony star ring: $59
Teflon strip: $11
Telrad base: $10
Baltic Birch ½” sheet (60X60): $42
Baltic Birch 5/8” sheet (60X60): $48
Circle cutting jig: $30
Birch Veneer (4X8 piece): $65
Hardware, stain, other supplies: $80
Total cost for supplies for this project: $1700
Once I had my design set, I was ready to buy the parts. Since my plan called for purchasing the mirrors and mechanical parts there were several decisions to be made and several vendors to contact. Actually getting the parts into my hands turned out to be more of a challenge than I would have expected, but in the end, I have a wonderful telescope that I enjoy very much.
Parts List (the full story of acquiring the parts)
The primary, secondary, spider and secondary holder—Discovery Optics
After researching several possible sources for a primary mirror, I decided to order an f/5 12.5 inch mirror from Discovery Optics. The company has a reputation for excellent optics, and it was neither the most expensive, nor the least. I phoned in the order in the last week of February and was told that it would take about 4 weeks to deliver the mirror. At their suggestion, I also ordered a 2.6 inch secondary mirror. I paid the 50% deposit and dreamed of DSOs. The next day, I called back to ask their opinion about the kind of spider and secondary holder to order. Although they don’t usually sell these parts, because I had ordered the mirrors from them they offered to sell me the spider and secondary holder that they use in their scopes. They even offered to send the spider, secondary holder, and secondary mirror immediately so that I could begin working on the tube while I waited for the primary.
It took a lot longer than I expected to receive my mirror and other parts from Discovery. A week after they said they would send the secondary and other parts, I called to ask if things had been sent. I got no response to phone calls or emails after another week, and decided to wait until the primary would be finished in another two weeks. 5 weeks after I had ordered the mirror, I called to ask about its status. After the second call, I received a response that it would be ready at the end of the following week. I told them to take their time and get it right. After another 3 weeks, I was concerned that I had not received the mirror. My concern turned to alarm when my wife told me that Discovery had charged the balance due on all items to my account a few weeks earlier. I called to express my concern and was told that it had all been packaged a few weeks ago and that it should have been sent. It turned out that they had an incorrect zip code and the package was still waiting to be sent. It took yet another call a week later for the items to actually be mailed. When they arrived, they were beautifully and carefully packaged with the secondary already installed in its holder. It was May 12th.
The Sonotube
From everything I had read, I expected that getting a sonotube would be as easy as running to any hardware store and picking it up. It turns out that sonotubes are a stock item in 8 inch, 10 inch, 12 inch, and sometimes even 16 inch diameters. For my project I needed a 14 inch diameter, and I had a tough time finding one. Home centers and hardware stores did not carry large sizes. Two different construction supply companies told me that sonotubes were not available with a 14 inch diameter, even by special order. Concluding that I would not be able to buy a tube off the shelf, I found a couple of companies that took special orders on cardboard tubes. Two such companies would not give me a price because the order of a single tube was too small. The one company that did provide a price quoted over $500—more than I was willing to pay for cardboard! Frustrated by these difficulties, I stopped by one more hardware store to ask for advice. They suggested a construction supply place on the other side of the city that I had not called yet. I gave them a call and they said they had one on the shelf—14 inches in diameter and 12 feet long! I told them I was on my way. I brought a saw with me so that I cut it in half to fit in my minivan.
The mirror cell: University Optics (eventually…)
One of the companies I had considered as a supplier for the primary mirror was Anttler’s Optical. They have many items for ATMers and I had frequently visited their website when planning my scope. I had talked with their owner about mirrors and mirror cells once, and I was very impressed by his knowledge of telescope building. I decided to order a mirror cell from them because the owner had talked about a new cell he was excited about. When I ordered the cell, I paid through paypal, which immediately deducts money from my checking account. I didn’t receive any confirmation email after a few days, so I tried to send them an email. The email bounced back to me. I tried to call, but the voice mail had a recording stating that the customer was unable to receive messages. I suspected that the company was either in trouble or no longer in business. After a few weeks of no communication from them, no ability to phone or email them, and no mirror cell arriving. I file a dispute with Paypal to begin the process of getting my money back. It took about 3 weeks but, since Anttler’s did not even reply to the Paypal dispute, I received a Paypal refund. The day I received the refund, I ordered a mirror cell from University Optics. I called in the order and explained that I would be using a mirror two inches thick. They said they would make the brackets extra long to accommodate the mirror and it would take about a week. The next day my wife called me at work to tell me a box had arrived with telescope stuff. Realizing that it could not be the University Optics cell already, I thought, “No…it couldn’t be…” but, in fact, it was. The cell from Anttler’s, for which I had received a refund, had arrived. I knew that I would be returning the mirror cell to them, but just for fun I decided to see how it would fit in the tube. (I didn’t have the primary mirror yet). As it turned out, the mirror cell was too large to fit into my 14 inch sonotube. I laughed, packed up the cell with a long letter describing the series of events that led to the return, and put it in the mail. A week later the cell arrived (on schedule) from University Optics.
The Focuser and other items: (Scope Stuff)
After looking at many focuser options with a big range of prices, I decided to order a GSO 2 speed Crayford focuser from ScopeStuff. I had considered a Moonlite or Featherlite focuser, but I knew from my experience with my 6 inch scope that I wanted a 2 speed focuser, and the price tag of their 2 speed focusers scared me away. I ordered the focuser, received an immediate email confirming the order, and it arrived two days later. ScopeStuff is awesome!! A few months later I ordered some other things from Scopestuff, including strips of Ebony Star laminate for the side bearings, a ring of Ebony Star for the rocker bottom, a strip of teflon to cut pieces for the ground board and side bearings, and a new base for my Telrad finder.
Other Supplies
Other supplies that I bought for this project include wood, various bits of hardware, stain and finishing supplies, and a circle cutting jig for a router. The only thing on the list that was a bit difficult to find was baltic birch plywood, which had to be special ordered from the lumber yard. I decided to use baltic birch because it is recommended by Kriege and Berry as well as many online sources. I also figured that the extra expense was worth it, considering the amount of money I was investing in the project overall. The lumber yard also gave me a lower price than I expected. Rather than use a sheet of plastic Kydex to finish the tube, as recommended in K/B, I ordered a sheet of birch veneer. I was concerned that it would be difficult to find, but I was able to order it from a local woodworking shop.
Step 2: Tools Used for This Project
Table Saw
Router (with circle cutting jig)
Joiner (helpful, but not necessary)
Belt Sander
Finishing Sander
Power Drill
Hand Saw
I did not own all of the tools that I needed for this project, particularly a table saw and router, so I did a lot of work while visiting my Dad. I suppose that one could complete this project without these two tools, but it would be difficult to cut the pieces accurately enough for a good fit.
Step 3: The Design
In scaling up the K/B 8 inch design, I made a few changes that, I hope, will improve the design for 12.5 inch aperture. They use a simple plywood mirror cell, stating that for an 8 inch mirror this cell will be adequate. I decided to order an aluminum mirror cell from University Optics instead so that the mirror could be supported at 9 different points. I also doubled the thickness of the rocker sides (not the front wall) to provide better support for the heavier tube. Thicker walls also required thicker side bearings so that the outside of the bearings would line up with the outside of the rocker sides.
Below are cutting diagrams and diagrams of the rocker and tube box with side bearings. The drawings are only approximately to scale. The rocker sides are each made of two identical pieces of ½ inch plywood glued together, creating two sides one inch thick. Likewise, the side bearings are made of two identical semicircles of 5/8 inch plywood glued together, creating side bearings that are 1 ¼ inches thick.
The dimensions of the Tube Box Sides are based on the outer diameter of my tube—14 3/16. This allows for a small clearance between the outside of the tube and the inside of the tube box (14 3/8). I had initially allowed for more of a gap, but realized once I cut the pieces and held the tube inside them that my gap was too large. The length of the Rocker Front also had to be changed so that the outside edge of the Side Bearings matched the outside edge of the Rocker Sides precisely.
The cutting diagram in (figure 1) shows how I cut the required pieces from two 60 X 60 pieces of Baltic Birch plywood, one ½ inch thick, and one 5/8.
The blue pieces of the rocker box and ground board are arranged as in the diagrams in (figure 2).
On the bottom of the Bottom board is a ring of Ebony Star laminate that glides over the three teflon pads located directly above the feet on the ground board. The curved sides of the Side Bearings are also covered with strips of Ebony Star that glide on the teflon pads on the curved edges of the Rocker Sides (figure 3).
In order for the Rocker Box to pivot on the Ground Board, a center pin is placed in a hole at the exact center of the Ground Board and Rocker Bottom. The specific hardware used for this is described on the Building page.
Step 4: Building the Scope
For complete instructions on building a telescope such as this one, I strongly recommend buying a copy of The Dobsonian Telescope by David Kriege and Richard Berry. Their step by step instructions were invaluable to me as I built this scope.
Step One—The Tube
I had cut the 12 foot tube in half in order to get it home in the first place, and a 6 foot section was the right size to work with for my f/5 12.5 inch. The focal length of the mirror is 61 inches. (Technically, it should have been 62.5 for a 12.5 inch f/5, but when the mirror came it had a note on the back that the focal length was 61 inches.) I installed the spider first, about one inch down from the end of the square end of the tube. I then temporarily installed the secondary mirror so that I could measure the approximate distance to the center of the secondary in order to locate the holes for the focuser. The secondary holder is adjustable, so I could didn’t have to get the location perfect. I centered the focuser 8 inches from the top of the tube, using a 2.5 inch hole drilling saw with smaller holes for the bolts that would hold the focuser. I did run into a small problem with the focuser. Two of the holes for the bolts were blocked by knobs. I had to take apart the focuser in order to get my bolts in place.
To place the primary mirror, I installed the secondary and installed the primary in the mirror cell. I took the whole tube assembly outside. I marked the expected position of the secondary by measuring 61 inches down from the end of the tube. (The 8 inches from the center of the secondary to the field stop in the focuser is the same 8 inches from the center of the focuser to the top of the tube.) My wife helped me by moving the mirror into and out of the tube around the marked spot while I stood at the eyepiece trying to bring some distant trees into focus. We tried this in our back yard, but found that it was too difficult to aim both the tube and the moving mirror at distant trees in our suburban yard. We moved the operation to a nearby park and got a focused image of the most distant trees (300-400 yards away) quite easily. I marked the spot and moved things back inside to install the mirror.
Fast forward a few months to the next time I had the tube outside. I had nearly completed the base and put things together for the first time. Before finishing the tube with a wrap of veneer, I wanted to make sure that the primary was in the correct position. I set things up in daylight and collimated the scope. I pointed it at distant trees and had no problem bringing the image into focus with all of my eyepieces. I waited until dark and pointed the scope at the sky. I first tried my 32mm plossl eyepiece. Just as it was about to come into focus, the focuser bottomed out. I tried all of my other eyepieces and found that I could bring the image into focus in the other eyepieces, but it was very near the bottom of the focuser travel. #@$%^#@!!!!! I had installed the mirror about an inch too far away from the focuser. I was annoyed to have made the mistake, but very glad that I checked the position on stars before wrapping the tube in veneer. I redrilled the holes for the mirror cell and got ready to wrap it.
Before I wrapped the tube (and before I discovered the problem with the primary placement) I determined the balance point on the tube. The balance point determines the height of the rocker sides, so I had to get this far before I cut the wood for the base. I placed my telrad, optical finder, and an eyepiece on the focuser end of the tube and, using a broomstick as a balance point, found that the tube balanced 22 inches from the bottom. I added three inches for a margin of error and in case I need to rebalance the tube in the future, making a distance of 25 inches from the balance point of the tube to the rocker bottom.
I did not wrap the tube until I had completed the base. I wanted to wrap the tube in veneer because I had seen a homemade telescope on a website that used veneer and I liked the look. I also wanted to strengthen and protect the cardboard tube. My plan for wrapping the tube seemed good, but I am not too pleased with the final result. I drew a guide line straight down the side of the tube and cut the veneer to length with one extra inch on each side—68 inches long. The 48 inch width of the veneer was close enough to the diameter of the tube that I used it as is. I applied contact cement to the first inch of the veneer and the mating inch of the tube. After waiting for the contact cement to dry to the touch, and with my wife’s help, I carefully aligned the edge of the veneer with the guideline on the tube and pressed the first inch together. We then spread contact cement over the remaining veneer and tube surface, waited for the glue to dry, and carefully rolled the tube over the veneer. We were careful to press out any bubbles as we went, but when the job was done we found that there were multiple bubbles in the veneer. Contact cement is permanent, so the only solution would be to replace the tube! I decided to keep this tube for now and if I run into problems with it, I can replace it later.
Step 2—The Tube Box
I had designed the tube box so that there would be an extra ¼ inch around the tube. This extra space would allow the tube to be repositioned within the tube box to rotate the eyepiece or balance the tube. With an outer diameter of 14 3/16, I cut the Tube Box sides 15 5/8 and 14 5/8—slightly less than my extra ¼ inch extra on each side. Once the pieces were cut and I held them around the tube, I decided to cut them a bit smaller because the extra space was too much. The pieces were cut down to 15 3/8 and 14 3/8, allowing just under 1/8 inch on each side. The sides were attached with wood glue and clamps with a few small brads to hold everything in place. After the glue dried but before the clamps were removed, I added corner braces to all four corners of the tube using glue and brads to hold them in place.
Step 3—The Side Bearings and Rocker Sides
The side bearings are each made from 2 identical semicircles of 5/8 inch plywood glued together to make a thickness of 1 ¼ inches. To cut the circles, I used a router with a straight cutting bit and a circle cutting jig. This allowed me to cut perfect identical circles. It was important that the two circles be identical because the edges had to match perfectly when glued together and the two side bearings had to be identical in order for the altitude motion to work well. To cut the circles, I started with a depth of about 1/8 inch, then lowered the bit and cut a little more with each pass until I was through the board. I was certain not to move the jig at all before cutting the second circle.
After cutting the circles for the side bearings, I set up the jig to cut the curved edges of the rocker sides. The arc at the top of the sides needed to have a radius 1/8 inch larger than that of the side bearings to account for the thickness of the teflon pads that would fit between. To get this arc, I actually moved the radius of the jig in by 1/8 inch. This is because my router bit was ¼ inch and the arc would be cut by the outside edge of the bit (where the circle had been cut by the inside edge.) On the cutting diagram, you can see that the side bearings were cut 26 inches long. This was to allow the circle cutting jig to be attached to the board to cut the arcs from a center point of 25 inches above the ground. I used one of these scrap pieces to draw an angle of 70 degrees to the edge of the arc so that I could later place the teflon pads on the arcs.
I carefully cut exactly through the center of each side bearing circle to make my semicircles. To glue the side bearings and rocker sides to full thickness, I covered a side with wood glue, then carefully lined up the pieces and put two small nails into the pieces to hold them in place. Several clamps were used to hold the pieces together overnight. After the pieces were glued together, I used a belt sander to smooth out any rough edges, being careful to keep both rocker sides and both side bearings exactly the same. Finally, I glued a strip of Ebony Star laminante to the curves edge of each side bearing using contact cement, using a flush edge bit on a router to bring the edge of the laminate even with the edge of the wood after the cement had set.
Step 4—Attaching the Side Bearings and assembling the Rocker
Drawing lines between opposite corners of the tube box sides allowed me to locate the center point on each side. Lining up this center point with the center of the top of the side bearing, I brought the corner of the side bearing up to the edge of the tube box and attached it with screws. I did not glue the bearings to the tube box in case I needed to adjust the position later.
After a dry fit of the rocker to make sure that the tube box with side bearings would fit well, I glued the rocker sides to the rocker front, holding them in place with small nails and clamping overnight. The next day, I centered the rocker on the rocker bottom (which had been cut using the same method as the side bearing circles), drawing perpendicular lines through the center of the rocker bottom to use as a guide, and tracing the position on the rocker bottom. Before attaching the sides and front to the bottom with wood screws, I wanted to make sure those screws would not interfere with the Ebony Star ring that would be attached to the rocker bottom. Using a compass, I drew lines for the inside and outside of the Ebony Star ring on the top and bottom of the rocker bottom. I drilled holes for the screws that avoided the location of the ring, and attached the rocker bottom. I then attached the Ebony Star ring using contact cement. Finally, I attached Keepers to the sides of the rocker at the bottom of the arcs using screws and glue.
Step 5—The Pivot Bolt
The pivot bolt consists of a 1 1/8 inch brass spacer with an 11/16 inch outer diameter, a 3/8 inch bolt 2 inches long, a stop nut, and two large washers. Ideally, the spacer would be 1 ¼ inch long and have a smaller diameter, but I didn’t get this one right the first time. I started with a spacer that with a ½ inch outer diameter. I drilled the holes in the center of the ground board and rocker bottom using a 9/16 bit, thinking that I needed the extra 1/16 so that the spacer could move. It turns out the the extra 1/16 allowed far too much side to side movement between the rocker and ground board. I could not find a spacer to fit my 9/16 hole, so I bought the 11/16 spacer (1 1/8 long because that’s what the store had) and a bit of the same size. The hole did need to be enlarged slightly by moving the bit within the hole , but in the end, the fit seems right.
Step 6—Stain and Finish
At this point, the scope was pretty much finished. I attached keepers 1 ½ inches wide by 5 inches long, extending above the bottom of the arcs by about 1 ½ inches. Then it was time to stain and finish. I had considered using a clear finish alone, but decided to use a dark red finish on the base and a clear finish on the tube, just because I like the look. I sanded all parts of the telescope with 220 grit sandpaper followed by 400 grit, making a very smooth surface to apply the stain. Just to make sure I liked the stain, I applied some to a piece of scrap wood. I’m’ glad I did, because I didn’t like the first color that I had chosen. I got a different stain, tested it, and went back to work. After going over the surfaces with a tack cloth to pick up the saw dust, I applied the stain and went over it with cheese cloth rags for an even finish. After waiting for the stain to dry for a day, I applied polyurethane in two coats, going over the surface with 0000 steel wool between coats.
Step 7—Feet and Teflon Pads and Keepers
Using a compass I drew circles on the top and bottom of the ground board to mark the inside and outside of the teflon ring on the bottom of the rocker bottom. I attached three feet equally spaced on top of the ring, and on the opposite side attached teflon pads 1 X 1 ½ directly above the feet using very small brads and countersinking the brads below the surface of the teflon. I used one of the top scraps from the rocker sides to mark an angle of 70 degrees from the center of the arc to the curved cut in order to properly space 1 X 7/8 teflon pads on the arcs. I attached them with very small brads, countersinking the brads. I attached small felt pads to the inside of the keepers to protect the side bearings from scratches, but discovered that the side bearings would not fit because of the thickness of the pads. Using heavy grit sandpaper I brought back the surface of the keeper enough for the side bearings to fit inside the felt pads.
Step 8—Fitting the Tube in the Tube Box
To hold the tube in place within the tube box, I used a combination of pieces of felt inside the box and wooden shims between the tube and the box. This combination has proved to be effective for all positions except when the tube is pointed directly up. I have not yet figured out a better way to hold the tube.
Step 5: FIRST LIGHT
July 25, 2008
At some point in the building process, my goal became to finish the scope by RocheStar Fest, an annual event of the Rochester Astronomy Club. I was still doing some construction on the morning of the event, but I succeeded in making first light on that clear, dark night in late July. As I set of the scope, several club members came over to check things out and it was nice to hear the positive comments on the appearance of the scope. When the skies were dark enough for observing I found that the scope moves easily into position and holds that position well. That evening I spent most of my time rediscovering the many DSOs around Sagittarius, especially the Lagoon Nebula and the Trifid Nebula. I will have a lot of fun building my homemade 12.5 inch Dobsonian Telescope!!!
Проектирование и изготовление телескопа
Время на прочтение
6 мин
Количество просмотров 32K
Говорят, что если человек приобрел телескоп и использует его для наблюдений, то через некоторое время он обязательно захочет другой, получше. Так случилось и со мной. У меня есть телескоп PowerSeeker 127мм, но захотелось лучшего. По этой причине я даже было дело собрался точить свое зеркало, но позже обнаружил, что на AliExpress можно за недорого приобрести 200мм зеркало. Главное зеркало вместе с диагональным выходили где-то 6000 рублей с доставкой. Это очень дешево. На снимке выше, как раз такое зеркало, только что прибывшее по почте из Китая.
Купить-то купил, но это же не готовый телескоп. Нужна труба, держатель главного зеркала, диагонального, юстировки, фокусер. Как их изготовить самостоятельно? Решил, что по возможности буду печатать необходимые детали на 3D принтере. Но для этого их нужно еще спроектировать. Или найти дизайн в интернете.
Если поискать в интернете, то, конечно, «телескопы уже печатали». Вот примеры проектов:
- Gaze Across the Solar System with a 3D-Printed, Raspberry Pi Telescope
- Open Source DIY Telescope Prime Features Raspberry Pi and 3D Printed Parts
По разным причинам мне эти проекты не очень понравились. Я решил, что буду проектировать части телескопа сам. Чтобы жизнь медом не казалась я отчего-то решил, что буду делать проект во FreeCAD. До этого момента я уже делал кое-что в Компас 3D (я делал Marble-Machine). И теперь я подумал, что FreeCAD должен быть не сложнее… На самом деле, мне пришлось посмотреть довольно много обучающих роликов по FreeCAD в youtube, прежде чем я смог сделать что-то осмысленное. Проектирование во FreeCAD мне кажется сильно отличается от проектирования в Компасе, тут используется новая для меня технология констрейнтов (не знаю вдруг и в Компасе так можно было да я не знал?). Констрейнты задают все необходимые размеры: длину отрезков, параллельность или перпендикулярность, угол, радиус дуги, буквально все. По констрейнтам солвер FreeCAD вычисляет может ли он построить заданную фигуру или нет. Если нет, то видимо не хватает каких-то уточняющих параметров, которые нужно добавлять. Для меня это было интересно и необычно. Однако, в целом, идея констрейнтов мне пришлась по душе.
Рассчет телескопа я делал в онлайн калькуляторе «Расчёт телескопа системы Ньютона».
На рисунке выше обозначены некоторые необходимые для постройки телескопа параметры. Для каждой значимой величины калькулятор высчитывает необходимое значение, нужно только задать исходные: плотность стекла главного зеркала, диаметр, фаску, диаметр и длину трубы и прочее.
Рассчет заставил посмотреть поближе на задачу. Я уже читал книгу Сикорука «Телескопы для любителей астрономии» и в общих чертах многое себе представлял. Так, я знал, что большие и тонкие зеркала правильнее всего устанавливать по специальной схеме разгрузки. Например, для моего нового 200 миллиметрового зеркала весом 1306 граммов выходило, что оно должно лежать на шести точках. Программа делает рассчет так, что на каждую точку разгрузки приходится одинаковый вес части зеркала, при этом, тяжелое зеркало не должно критически изгибаться под собственным весом, ведь изгиб зеркала — это искажения.
Еще большие зеркала разгружают на 9, 18 и более точек. Как при этом физически изготовить эти шесть точек разгрузки? При шеститочечной разгрузке делаются специальные «коромысла», две точки зеркала опираются на одну точку — ось вращения коромысла.
Сразу скажу, что по ссылке приведенной выше, тот же «Open Source DIY Telescope..» не использует 6 точек разгрузки, а использует только три. Я же хотел сделать все более правильно, хотя, конечно, у меня нет абсолютно никакой уверенности, что у меня получилось задуманное. Я надеюсь реальные испытания покажут был я прав или нет.
Начал проектирование я с самых массивных деталей держателя главного зеркала. Честно скажу, что я не люблю печатать массивные детали на 3D принтере. Это чрезвычайно долго и не всегда получается, например, внезапно может отключиться электричество. Кроме того, эти большие детали должны быть крепкими, и значит должны иметь большую степень заполнения. Это я буду очень долго печатать такое. Поэтому с самого начала я подумал, что массивные детали закажу на производстве с ЧПУ фрезером, а остальное буду делать сам.
Первая деталь — опора держателя главного зеркала. Она же — крепление зеркала в трубу и часть юстировочного механизма:
Отверстие по центру необходимо для вентиляции зеркала. При выходе с телескопом на улицу зеркало должно принять температуру окружающей среды. Поэтому нужна хорошая вентиляция внутреннего пространства трубы.
Вторую деталь я называю «треугольник»:
Разработка многих деталей во FreeCAD ведется в два этапа — сперва вычерчивается так называемый «скетч» — это проекция детали на плоскость, потом из него выполняется например выдавливание (Pad) или выемка (Pocket). Скетч выглядит как настоящий чертеж, где задаются все параметры. Для моего треугольника скетч выглядит вот так:
Я по неопытности задавал каждый параметр вручную и только потом понял, что это не очень грамотно. На самом деле правильнее было бы задавать одинаковые параметры в виде переменных и таким образом получилась бы полностью параметрическая модель. Ну чтож, век живи — век учись. Обратите внимание, что в окне «Solver messages» отобразается зеленым цветом «Fully constrained sketch». Это значит, что для вычислителя FreeCAD все ясно и он может однозначно определить геометрию детали по заданным параметрам.
Треугольник — простая деталь с одной операцией типа «выдавливание», в терминах FreeCAD — это операция «Pad».
Треугольник висит на трех юстировочных винтах над опорой. За счет этих винтов может слегка наклоняться относительно опоры. В опоре и в треугольнике я предусмотрел отверстия, куда потом будут запресовываться высокие гайки М6.
И опору и треугольник мне вырезали на ЧПУ станке из клеенной ДВП. Получилось вот так:
У каждой вершины треугольника два винта. Один тянет на себя, другой толкает от себя. В совокупности это позволяет наклонять треугольник и соответственно главное зеркало относительно опоры при настройке телескопа. Вот вид с обратной стороны:
Итак, как я уже сказал, я решил многие детали печатать на 3D принтере. Разработанное мною во FreeCAD коромысло должно выглядеть вот так:
В коромысло с двух сторон я впресовываю металлический шариковый подшипник. Эти подшипники обеспечивают плавное покачивание коромысла на своей точке опоры. Таких коромысел должно быть три.
Во FreeCAD я спроектировал и другие части крепления зеркала: держатель коромысел и и боковые ограничители. Потом я попытался собрать все детали в единую 3D модель, чтобы увидеть, как это все будет выглядеть:
Как я понял FreeCAD поддерживает систему так называемых Addon — специальных модулей расширения. Один из возможных внешних модулей расширения — это Workbench a2plus, который как раз и позволяет моделировать сборку из нескольких деталей. Мне пришлось опять учиться и смотреть обучающие ролики на youtube, чтобы в каком-то минимуме освоить a2plus. интересно, что этот инструмент, так же, как и сам FreeCAD использует систему констрейнтов, которые позволяют привязывать уже в 3D пространстве отдельные детали между собой. Снимок экрана выше как раз показывает такую сборку.
Простейший пример соединения деталей через констрейнт в a2plus показан на рисунке ниже:
Я выбираю два круглых ребра двух разных деталей через клавишу Ctrl и на тулбаре выбираю кнопку circularEdge constraint. Это позволяет мне разместить эти детали на одной оси на заданном расстоянии. После этого коромысло оказывается привязанным.
В реальной жизни вся сборка получилась вот такая:
Зеркало должно без усилий вставляться и просто лежать на коромыслах, при этом не болтаться из стороны в сторону. Все эти печатанные детали выполнялись со 100% заполнением для максимальной прочности.
Лежать «разгружаясь на 6 точек» по моей задумке зеркало должно вот так:
Установленное и закрепленное клипсами зеркало (на поверхности капли спирта, отмывал от случайных отпечатков пальцев):
Потом вся эта конструкция была вставлена в заранее изготовленную трубу и закреплена.
Кроме оправы главного зеркала пришлось разрабатывать во FreeCAD и печатать узел крепления и юстировки диагонального зеркала, а так же фокусер. Честно говоря фокусер вызывает у меня наибольшие опасения. Пока не придумал, как надежно сделать подачу фокусера и в настоящее время он у меня держится просто за счет трения. Вот оправа фокусера:
Внутрь я вклеил 3 фторопластовых тонких полосочки и уже потом туда вставляется сам фокусер, а уже в него окуляр:
Мне так не терпелось испытать телескоп, что я установил фокусер просто на двусторонний скотч. Да и монтировки у меня пока нет. Просто хотелось увидеть хоть что нибудь. Пока нет монтировки я могу положить телескоп на сушилку белья и смотреть только на удаленные дома и антенны:
В целом, мне кажется, что работает! Отъюстировал быстро с помощью лазерного коллиматора — никаких особых проблем здесь не возникло. Кирпичи на пятиэтажке напротив выглядят весьма детально. Антенны тоже.
Следующий этап марлезонского балета — это изготовление монтировки Добсона и полевые испытания. Но это уже другая история.
Что касается FreeCAD, я рад что познакомился с ним. Он не вызывает у меня отрицательных эмоций, вполне рабочий инструмент. Я понимаю, что знаю его слишком мало и почти ничего не умею. Но я вижу, что документация есть, обучающие ролики есть. Смысл в освоении этого инструмента так же есть.
В моем далеком уже детстве попалась мне хрестоматия по астрономии с тех ещё более далёких лет, которых я не застал, когда эта астрономия была предметом в школе. Читал её до дыр и мечтал о телескопе, чтобы хоть одним глазком посмотреть в ночное небо, но не сложилось. Рос в деревне, где ни знаний, ни наставника для этого не было. Так и ушло это увлечение. Но с возрастом обнаружил, что желание то осталось. Прошерстил интернет, оказывается людей, увлеченных телескопостроением и собирающих телескопы, да ещё какие, и с нуля — масса. Из профильных форумов набрался информации, теории, и решил построить небольшой телескоп для начинающего.
Спроси меня ранее, что такое телескоп, сказал бы — труба, с одной стороны смотришь, вторую направляешь на предмет наблюдения, одним словом подзорная труба, но побольше размером. Но оказывается для телескопостроения используют в основном другую конструкцию, которую ещё называют ньютоновским телескопом. При массе достоинств она имеет не так много недостатков, по сравнению с другими конструкциями телескопов. Принцип его работы понятен из рисунка — свет далёких планет падает на зеркало, имеющее в идеале параболическую форму, далее свет фокусируется и выносится за пределы трубы с помощью второго, установленного под 45 градусами по отношению к оси, по диагонали, зеркала, которое так и называют — диагональное. Далее свет попадает в окуляр и в глаз наблюдающего.
Телескоп это точный оптический прибор, поэтому при изготовлении необходимо соблюдать аккуратность. Перед этим необходимо произвести расчёты конструкции и мест установки элементов. В интернете существуют онлайн калькуляторы расчёта телескопов и грех этим не воспользоваться, но азы оптики знать тоже не помешает. Мне понравился ISAAC калькулятор.
Для изготовления телескопа в принципе ничего сверхестественного не надо, я думаю что у любого хозяйственного человека в подсобке есть небольшой токарный станочек хотя бы по дереву, а то и по металлу. А если есть ещё и фрезеровочный станок — завидую белой завистью. И уж совсем не редкость теперь домашние лазерные станочки с ЧПУ для вырезания по фанере и 3D печатающий станок. К сожалению, у меня в хозяйстве из всего выше перечисленного ничего нет, окромя молотка, дрели, ножовки, электролобзика, тисков и мелкого ручного инструмента, плюс куча банок, ванночек с россыпью трубок, болтиков, гаечек, шайбочек и прочего гаражного металлолома, который вроде и выкинуть надо, но жалко.
При выборе размера зеркала (диаметр 114мм) мне кажется выбрал золотую середину, с одной стороны такой размер ходовой и уже не совсем маленький, с другой стороны стоимость не такая огромная, чтобы в случае фатальной неудачи пострадать финансово. Тем более главная задача была пощупать, разобраться и научиться на ошибках. Хотя, как говорят на всех форумах, самый хороший телескоп это тот, в которой наблюдают.
И так, для своего первого, надеюсь не последнего, телескопа я выбрал сферическое главное зеркало с диаметром 114мм и алюминиевым покрытием, фокусом 900мм и диагональным зеркалом, имеющего форму овала с малой диагональю в один дюйм. При таких размерах зеркала и фокусного расстояния различия форм сферы и параболы ничтожны, поэтому можно использовать недорогое сферическое зеркало.
Внутренний диаметр трубы по книге Навашина, Телескоп астронома-любителя (1979), для такого зеркала должен быть не менее 130мм. Конечно, лучше побольше. Трубу можно делать и самому из бумаги и эпоксидки, или из жести, но грех не воспользоваться готовым дешёвым материалом — в этот раз метровая канализационная PVH труба DN160, купленная за 4.46 евро в строймагазине. Толщина стенок 4мм мне показалась достаточной, с точки зрения прочности. Пилится и обрабатывается легко. Хотя есть и с 6мм толщины стенкой, но мне показалась тяжеловатой. Для того, чтобы распилить, пришлось на неё брутально сесть, никаких остаточных деформаций на глаз не наблюдается. Конечно, эстеты скажут фи, как можно в трубу для овна звёзды смотреть. Но для настоящих рукопоповцев это не преграда.
Вот она, красавица
труба
Зная параметры зеркала, можно делать расчёт телескопа на вышеупомянутом калькуляторе. Сразу не всё понятно, но по мере создания всё становится на свои места, главное, как всегда, не зацикливаться на теории, а совмещать её с практикой.
С чего начать? Я начал, по моему мнению, с самого сложного — узла крепления диагонального зеркала. Как уже писал, изготовление телескопа требует точности, но которая не отменяет наличие возможности регулировки положения того же диагонального зеркала. Без тонкой регулировки — никак. Схем крепления диагонального зеркала несколько, на одной стойке, на трёх растяжках, на четырёх и прочие. У каждого есть свои плюсы и минусы. Так как размеры, вес моего диагонального зеркала, а значит и его крепления, скажем прямо, малы, я выбрал трёхлучевую систему крепления. В качестве растяжек использовал найденный регулировочный лист нержавейки толщиной 0.2мм. В качестве арматуры использовал медные муфты под 22мм трубу с наружным диаметром 24мм, чуть меньшим размера моей диагоналки, а также болт М5 и болты М3. Центральный болт М5 имеет конусную головку, которая просунутая в шайбу М8 работает как шаровая опора, и позволяет наклонять регулировочными болтами М3 диагональное зеркало при регулировке. Сначала припаял шайбу, потом обрезал грубо под углом и подогнал под 45 градусов на листе грубой наждачки. На обе детали (одна залита полностью, вторая 5мм через отверстие) ушло меньше 14мл пятиминутного двухкомпонентного эпоксидного клея Момент. Так как размеры узла малы, очень трудно всё разместить и чтобы всё это нормально работало, плечо регулировки маловато. Но получилось очень и очень не плохо, диагональное зеркало регулируется достаточно плавно. Болты с гайками макал в горячий воск, чтобы не прилипла смола при заливке. Только после изготовки этого узла этого заказал зеркала. Само диагональное зеркало клеил на двухсторонний вспененный скотч.
Под спойлером некоторые фото этого процесса.
Манипуляции с трубой были следующие: отпилил лишнее, ну и так как труба имеет раструб большего диаметра, использовал его для усиления района крепления растяжек диагоналки. Вырезал кольцо и на эпоксидку посадил на трубу. Хотя жесткость трубы и достаточна, на мой взгляд лишним не будет. Далее по мере поступления комплектующих сверлил и вырезал в ней отверстия, снаружи обклеил декоративной плёнкой. Очень важный момент — окраска трубы изнутри. Она должна быть такая, чтобы как можно больше поглощала свет. К сожалению продающиеся краски, даже матовые, совсем не подходят. Есть спец. краски для этого, но они дорогие. Я сделал так — по совету из одного форума покрыл изнутри краской из баллончика, потом засыпал в трубу ржаной муки, закрыл два конца плёнкой, хорошо покрутил — потряс, вытряхнул то, что не прилипло и опять задул краской. Получилось очень прилично, смотришь как в печную трубу.
Крепление главного зеркала делал из двух дисков фанеры толщиной 12мм. Один с диаметром под трубу 152мм, второй с диаметром главного зеркала 114мм. Зеркало ложится на три кружка приклеенных к диску кожи. Главное, чтобы зеркало не было жёстко зажато, я прикрутил уголки, обматал их изолентой. Само зеркало удерживается штрапсами. Два диска имеют возможность двигаться друг относительно друга для регулировки основного зеркала с помощью трёх регулировочных болта М6 с пружинами и тремя стопорными болтами, тоже М6. По правилам в дисках должны быть отверстия, для охлаждения зеркала. Но так как у меня телескоп дома храниться не будет (будет в гараже), то и температурное выравнивание не актуально. Второй диск в таком случае заодно играет роль пылезащитной задней крышки.
На фото крепление уже с зеркалом, но без заднего диска.
Фото самого процесса изготовления.
Крепление основного зеркала
В качестве опоры использовал монтировку Добсона. В интернете масса различных модификаций, в зависимости от наличия инструмента и материалов. Состоит из трёх частей, первая в которой зажимается сама труба телескопа —
Оранжевые круги это отпиленные кругляки трубы, в которые вставлены круги из 18мм фанеры и залитые эпоксидной смолой. Получилась составная часть подшипника скольжения.
Вторая — куда ставится первая, позволяет двигаться трубе телескопа по вертикали. И третья — круг с осью и ножками, на который ставится вторая деталь, позволяющая вращать её.
В местах опирания деталей прикручены кусочки тефлона, позволяющие легко и без рывков перемещать детали одну относительно другой.
После сборки и примитивной настройки прошли первые испытания.
Сразу же появилась проблема. Я пренебрёг советами умных людей не сверлить отверстия под крепления основного зеркала без испытания. Хорошо ещё, что пилил трубу с запасом. Фокусное расстояние зеркала оказалось не 900мм, а около 930мм. Пришлось сверлить новые отверстия (старые заклеены изолентой) и отодвигать дальше основное зеркало. Просто не смог поймать в фокус ничего, приходилось поднимать сам окуляр из фокусёра. Минус этого решения — крепёжные и регулировочные болты с торца не прячутся в трубе. а торчат. В принципе не трагедия.
Снимал с руки мобильником. На тот момент был только один 6мм окуляр, степень увеличения это отношение фокусных расстояний зеркала и окуляра. В данном случае получается 930/6=155 раз.
Испытание номер 1. До объекта 1км.
Номер два. 3км.
Главный результат достигнут — телескоп работает. Понятно, что для наблюдения планет и Луны нужна более качественная юстировка. Для неё был заказан коллиматор, ну и ещё один 20мм окуляр, и фильтр для Луны в полнолуние. После этого все элементы с трубы были сняты и поставлены обратно уже тщательней, прочнее и точнее.
Ну и наконец цель всего этого — наблюдения. К сожалению звёздных ночей в ноябре практически не было. Из объектов, что успел понаблюдать всего два, Луна и Юпитер. Луна выглядит не диском, а величаво проплывающим ландшафтом. С 6мм окуляром вмещается только её часть. А Юпитер с его спутниками просто сказка, принимая во внимание расстояние, которое нас отделяет. Выглядит он как полосатый шарик со звёздочками-спутниками на линии. Цвета этих линий различить не получается, тут нужен телескоп с другим зеркалом. Но всё равно — завораживает. Для фотографирования объектов нужно как дополнительное оборудование, так и другой тип телескопа — светосильный с малым фокусным расстоянием. Поэтому здесь только фото с просторов интернета, точно иллюстрирующая то, что видно с таким телескопом.
К сожалению для наблюдения Сатурна придётся ждать весны, а пока в ближайшем будущем Марс, Венера.
Понятно, что зеркала далеко не все расходы на постройку. Вот далее список того, что было куплено кроме этого:
US $24.25 Коллиматор, не обязательная вещь, но крайне полезная
US $14.20 Искатель
US $10.86 4мм тефлон
US $19.99 20мм окуляр
US $12.99 Лунный фильтр
US $16.99 6мм окуляр
US $18.92 Фокусёр
Сразу скажу, искатель как физически не подходит к такой монтировке (нужно под углом), так и по себе — пластиковая кака. Но даже с таким намного лучше, чем без такого. Планирую поставить туда лазер для наводки.
Получилось как в анекдоте — Если в детстве у тебя не было велосипеда, а теперь у тебя Бентли, то все равно в детстве у тебя велосипеда НЕ БЫЛО! Так и у меня с телескопом, ничего не поделаешь.
Вот вкратце и всё. Спасибо за внимание. Главная цель выполнена на 100%. На данным момент накапливаю знаний и смелости для постройки телескопа с 200мм зеркалом.
Телескоп
Как сделать телескоп своими руками?
Содержание
- Инструменты и материалы
- Сборка
- Настройка самодельного телескопа
Каждый человек хотя бы раз в жизни хотел рассмотреть звезды поближе, а для этой цели необходимо воспользоваться телескопом. Но приобретать подобную оптическую технику довольно дорого. Однако есть выход из ситуации – можно сделать телескоп своими руками. Благодаря самодельному телескопу появляется возможность рассмотреть лунные кратеры, Юпитер и его 4 спутника, Венеру, большое число звезд и туманностей.
Инструменты и материалы
Все телескопы подразделяются на два типа: рефракторы и рефлекторы. Для телескопов первого вида применяются различные типы линз, тогда как для второго – зеркала. Для самостоятельного изготовления прибора лучше выбрать модель рефрактора, поскольку собирающие линзы, которые необходимы для осуществления сборки, достать гораздо проще, чем собирающие зеркала, что требуются для телескопа-рефлектора.
Изображение в телескопе перевернуто, поэтому его не получится применять для осуществления наблюдения за объектами, расположенными на земле. Есть возможность перевернуть изображение. Сделать это можно, если в схему добавить положительные линзы, но стоит принимать во внимание, что в таком случае качество изображения будет хуже.
Самая важная деталь самодельного телескопа – это линзы. Проект изготовления прибора своими руками предусматривает использование двух оптических подходящих линз, при этом обе линзы обязательно должны являться выпуклыми, то есть увеличительными.
Иногда возможно услышать мнение, что самостоятельно можно сделать телескоп из очковых линз. Это, действительно, так. Но предпочтительнее применять другие виды. Для этого есть несколько причин. Первая заключается в том, что нет возможности узнать точный фокус – как следствие, вряд ли получится подобрать необходимые стекла, которые обладают нужными параметрами для создания оптического прибора. Вторая причина состоит в особенностях оптики: стекла из очков или из лупы передают изображение любых объектов с искажениями.
В связи с этим попытки сделать по чертежам телескоп при помощи линз от очков или от простых луп заканчивается определенным разочарованием. Связано это с тем, что объект небесной сферы (планета, туманность либо какая-то звезда) выглядит как нечеткое размытое пятно. И рассмотреть какие-то четкие конкретные детали очень сложно либо невозможно.
Принято считать, что для самодельного телескопа лучше выбирать ахроматы. Сам по себе ахромат формируется из двух отдельных линз, одна из которых является рассеивающей, а вторая – собирательной. Подобные линзы производятся из оптического стекла, разного по дисперсии. Благодаря этому происходит практически полная нейтрализация хроматической аберрации. Линзы ахроматы склеиваются и могут передавать максимально четкое и ясное изображение, поэтому их применение в самодельных приборах вполне оправданно. Приобрести подобные линзы реально в интернете или в специализированных магазинах, для сборки телескопа потребуется три отдельных линзы. При этом две из них должны быть одинаковыми по размеру, тогда как третья должна быть несколько больше.
В некоторых случаях для сборки домашнего телескопа применяют линзы из бинокля или из монокуляра, но в подобном случае возможны искажения рассматриваемого изображения.
Кроме непосредственно линз, потребуется еще несколько дополнительных материалов.
- Лист ватмана (для трубы).
- Черная краска для внутренней стороны листа.
- Клей для скрепления сторон листа.
Инструменты, необходимые для работы:
- канцелярский нож или обычные ножницы;
- кисть (для краски).
Сборка
Чтобы сделать дома телескоп своими руками, изначально необходимо понимать, каким образом он устроен. Главная часть прибора – это объектив. Он представляет собой двояковыпуклую линзу, которая располагается в передней части оптического прибора и собирает излучение. В домашних условиях необходимо изначально определиться с необходимым увеличением. Именно от этого зависит, насколько мощным будет впоследствии собранный телескоп. Самостоятельно добиться необходимого приближения объектов можно, правильно подобрав линзы.
Главными характеристиками телескопа, изготовленного дома, является диаметр объектива. Эта величина носит название апертура. По своим показателям чем больше апертура, тем больше прибор собирает излучения, то есть тем большей является его разрешающая способность. Следовательно, есть возможность добиться большего увеличения. Например, прибор с увеличением в 700 раз. Если линза будет иметь меньший диаметр, то и разрешающая возможность будет меньше, соответственно, прибор будет работать с 200-кратным увеличением или с другим похожим значением в зависимости от используемых линз.
Самостоятельно построить хороший домашний оптический прибор можно, если придерживаться нескольких простых правил. Главное из которых – правильный выбор линз, поскольку именно они являются основой для изготовления телескопа.
Далее требуется подготовить трубку из ватмана. Длина ее должна быть приблизительно 60 сантиметров, но она может быть как больше, так и меньше. При этом диаметр трубки должен быть больше, чем диаметр выбранных линз. Потом требуется согласно подготовленным чертежам вырезать ватман, при этом его внутреннюю часть необходимо аккуратно и тщательно выкрасить в черный цвет. Благодаря этому можно успешно защитить будущий телескоп от возможного проникновения постороннего света, который может поступать из внешних возможных источников.
Когда краска полностью высохнет, ватман опять нужно осторожно свернуть в небольшую трубку и тщательно проклеить все края, которые соприкасаются. Далее требуется закрепить большую линзу в самом торце собранной трубы из листа ватмана. При этом линза, используемая для будущего окуляра, должна быть укреплена на листе картона или бумаги, и обернута этой же трубой из листа ватмана. Далее требуется вырезать из картона два отдельных круга, в которых нужно проделать дырочки в самом центре. После этого эти круги требуется зафиксировать внутри ранее подготовленной трубки. При этом трубка, выполненная из бумаги (картона), должна обладать возможностью свободно двигаться внутри большой трубы, сделанной из ватмана. Благодаря этому появится возможность настраивать телескоп для получения максимально четкого и яркого изображения.
В случае необходимости и для большего удобства имеет смысл закрепить собранный оптический прибор на удобный штатив. В таком случае пользоваться самодельным телескопом будет гораздо удобнее. С этой целью можно воспользоваться обычным штативом для фотоаппарата. Закрепив телескоп на штативе, наблюдать за небом значительно проще и удобнее. В случае отсутствия штатива можно использовать другие статичные предметы, на которых можно закрепить телескоп. Например, спинка стула, этажерка, другое.
Еще один вариант – использование трубы от старого пылесоса вместо ватмана. Так как на трубе с одной стороны существует некоторое утолщение, его внутренний диаметр составляет около 30 миллиметров. Это место – отличный вариант для монтажа линзы. А также существует незначительная кромка непосредственно перед самим объективом. Благодаря этой кромке появляется возможность для выступа небольшого козырька, предназначенного для максимальной защиты от поступления внешних лучей. Таким образом, не будут появляться лишние блики, мешающие наблюдениям.
Трубка меньшего диаметра будет свободно скользить в главной трубе самодельного прибора. В трубу требуется вставить лист черного картона, который поможет защитить от нежелательных бликов.
Настройка самодельного телескопа
Для осуществления настройки телескопа нужно изначально потренироваться на любом предмете, находящемся за окном. Без правильной настройки любое изображение предмета будет выглядеть нечетко и размыто. Поэтому для получения хорошего изображения телескоп требуется настроить.
Не стоит наводить телескоп на объекты, которые находятся в непосредственной близости. Поскольку истинная цель функционирования телескопа — это наблюдение за объектами, которые находятся далеко. Поэтому не имеет смысла фокусировать и настраивать оптический прибор на близких объектах.
Настройка осуществляется при помощи аккуратного и медленного передвижения внутренней трубы до того момента, пока выбранный объект наблюдения не обретет четкие очертания. Если телескопом будет пользоваться не один человек, а несколько, то и настройку придется делать постоянно. Это связано с тем, что у каждого человека свои особенности зрения, следовательно, необходимо подобрать такое расстояние между линзами, которое будет оптимальным именно для конкретного человека.
Стоит помнить, что даже ранее настроенный телескоп все равно будет постоянно нуждаться в дополнительной настройке. Поэтому перед каждым использованием необходимо убедиться, что самодельный телескоп настроен правильно.
Для людей, которые любят наблюдать за ночным небом, но при этом не хотят тратить много финансовых средств на приобретение дорогостоящей оптической техники, изготовление телескопа своими руками является отличной возможностью заниматься любимым хобби. Потратив совсем немного времени, можно сделать несложный телескоп, позволяющий наблюдать за объектами небесной сферы.
Далее смотрите мастер-класс по изготовлению телескопа своими руками.
Времена, когда открытие в науке мог сделать любой желающий, почти полностью остались в прошлом. Всё, что может открыть любитель в химии, физике, биологии — давно уже известно, переписано и посчитано. Астрономия — исключение из этого правила. Ведь это наука о космосе, пространстве неописуемо огромном, в котором невозможно изучить всё, и даже недалеко от Земли ещё существуют неоткрытые объекты. Однако, для того чтобы заниматься астрономией, необходим телескоп — дорогой оптический прибор. Самодельный телескоп своими руками — простая или сложная задача?
Может быть, поможет бинокль?
Начинающему астроному, который только-только начинает присматриваться к звёздному небу, рановато делать телескоп своими руками. Схема для него может показаться слишком сложной. На первых порах можно обойтись и обыкновенным биноклем.
Это не такой уж и несерьёзный прибор, как может показаться, и есть астрономы, которые продолжают пользоваться биноклями, даже став знаменитыми: так, японский астроном Хиякутаке, первооткрыватель кометы, названной его именем, прославился именно своим пристрастием к мощным биноклям.
Для первых шагов начинающего астронома — для того, чтобы понять «моё это, или не моё» — подойдет любой мощный морской бинокль. Чем больше диаметр объективов, тем лучше. В бинокль можно наблюдать Луну (в достаточно внушительных подробностях), разглядеть диски ближних планет, таких, как Венера, Марс или Юпитер, рассмотреть кометы и двойные звёзды.
Нет, всё-таки телескоп!
Если Вы загорелись астрономией всерьёз и всё-таки хотите сделать телескоп своими руками, схема, которую вы выберете, может принадлежать к одной из двух основных категорий: рефракторы (в них используются только линзы) и рефлекторы (используются линзы и зеркала).
Для начинающих рекомендуются рефракторы: это менее мощные, но более простые в изготовлении телескопы. Потом, когда Вы наберетесь опыта в изготовлении рефракторов, сможете попробовать собрать рефлектор — мощный телескоп своими руками.
Чем отличается мощный телескоп?
Что за глупый вопрос — спросите вы. Конечно — увеличением! И будете неправы. Дело в том, что не все небесные тела в принципе возможно увеличить. Например, звёзды вы не увеличите никак: они расположены на расстоянии многих парсек, и с такого расстояния превращаются практически в точки. Никакого приближения не хватит, чтобы разглядеть диск далёкой звезды. «Увеличить» можно только объекты Солнечной системы.
А звёзды, телескоп, прежде всего, делает ярче. И за это его свойство отвечает его первая по важности характеристика — диаметр объектива. Во сколько раз объектив шире, чем зрачок человеческого глаза — во столько раз ярче становятся все светила. Если Вы хотите сделать мощный телескоп своими руками — Вам придется подыскивать, прежде всего, очень большую в диаметре линзу под объектив.
Простейшая схема телескопа-рефрактора
В наиболее простом своём виде телескоп-рефрактор состоит из двух выпуклых (увеличивающих) линз. Первая — большая, направленная на небо — называется объективом, а вторая — маленькая, в которую смотрит астроном, называется окуляром. Самодельный телескоп своими руками следует делать именно по этой схеме, если для Вас это первый опыт.
Объектив телескопа должен иметь оптическую силу в одну диоптрию и как можно больший диаметр. Найти подобную линзу можно, например, в мастерской по изготовлению очков, где из них вырезают стёклышки для очков различной формы. Лучше, если линза будет двояковыпуклой. Если не найдётся двояковыпуклой — можно использовать пару плосковыпуклых линз по полдиоптрии, расположенных одна за другой, выпуклостями в разные стороны, на расстоянии 3 сантиметра друг от друга.
В качестве же окуляра лучше всего сойдёт любая сильная увеличительная линза, в идеале — лупа в окуляре на ручке, какие выпускались раньше. Сойдёт и окуляр от любого оптического прибора заводского изготовления (бинокля, геодезического прибора).
Чтобы узнать, какое увеличение будет давать телескоп, замерьте фокусное расстояние окуляра в сантиметрах. Затем поделите 100 см (фокусное расстояние линзы в 1 диоптрию, то есть объектива) на эту цифру, и получите искомое увеличение.
Закрепите линзы в любой прочной трубе (сойдёт картонная, промазанная клеем и покрашенная изнутри самой чёрной краской, что сможете найти). Окуляр должен иметь возможность скользить вперёд-назад в пределах нескольких сантиметров; это нужно для наведения резкости.
Закрепить телескоп следует в деревянном штативе так называемой монтировки Добсона. Чертёж её легко можно найти в любом поисковике. Это самая простая в изготовлении и в то же время надёжная монтировка для телескопа, почти все телескопы-самоделки используют именно её.
Мы продолжаем строить телескоп-рефлектор и делиться с вами руководством по его сборке. В прошлый раз мы уделили внимание оптике инструмента и описали процесс изготовления параболического зеркала. Если оно у вас в руках, значит вы на полпути к победе. Сегодня мы расскажем, как завершить начатое и получить высококачественный инструмент для исследований Вселенной.
Шаг 1: выбор монтировки.
Телескопы хороши тем, что их конструкция почти полностью зависит от вас и ваших предпочтений. Есть только несколько правил, о которых следует помнить, приступая к строительству.
Во-первых, кривизна основного зеркала диктует нам фокусное расстояние (длину трубы). В случае, если вы изготовили оптику самостоятельно, вы можете определить фокусное расстояние по формуле f = D x R/2, где D – это диаметр телескопа, а R – радиус кривизны, который можно узнать с помощью специального измерительного инструмента (индикатора часового типа). В случае покупки готового зеркала, обращайте внимание на его описание, производители должны указывать диаметр и фокусное расстояние.
У нашего зеркала f = 950 мм – именно таким должно быть расстояние до точки, в которой отражённые лучи соберутся и сформируют чёткое изображение.
Рис. 1
Однако мы не можем поймать картинку своими глазами. Если мы встанем напротив зеркала, мы просто заблокируем свет, исходящий от звёзд. Следовательно, нам нужен посредник – вторичное зеркало, также называемое эллиптическим. Мы должны установить его под углом 45 градусов, чтобы оно принимало свет от основного зеркала и направляло в нашу сторону.
Отсюда следует второе правило: расстояние между вторичным зеркалом и нашим глазом зависит от размера фокусировочного узла (специальное устройство для управления резкостью изображения). Соотношение прямо пропорционально: чем больше фокусер, тем больше расстояние от него до зеркала и размер самого зеркала.
Если все эти нюансы кажутся вам сложными и запутанными, не спешите опускать руки. К счастью, существует удобный сайт Newt for the Web, позволяющий поиграть со всеми характеристиками и оптимизировать дизайн вашего телескопа. Пример файла с параметрами смотрите во вложениях.
Последнее, что нужно решить – для каких целей используется телескоп. Для визуальных наблюдений достаточно монтировки Добсона (альт-азимутальной) и небольшого эллиптического зеркала. Но если вы решили заняться астрофотографией, то вам понадобится экваториальная монтировка, (компенсирует погрешности, вызываемые вращением Земли) с двухдюймовым фокусером и большим вторичным зеркалом (предотвращают виньетирование изображений).
Астрофотография в кругу астрономов-любителей менее популярна, чем простые наблюдения, поэтому данная статью мы посвятили сборке рефлектора с монтировкой Добсона, спроектированной с помощью ресурса Stellafane.
Шаг 2: Материалы и инструменты
1) Основное зеркало (параболическое).
2) Вторичное зеркало (эллиптическое).
3) Фокусировочный узел с посадочным диаметром 1,25″ (эта характеристика обычно измеряется в дюймах).
4) Окуляр диаметра 1,25″ (должна быть полная совместимость с фокусером). Широкоугольный окуляр, как правило, тяжелее и дороже, но он даст вам ощущение, что вы «парите в космосе», а простой окуляр покажет небо так, будто вы смотрите в подзорную трубу.
5) Деревянные доски. Они должны быть на несколько дюймов длиннее, чем фокусное расстояние основного зеркала. Обратитесь к размерам, приведенным в Newt for the web.
6) Фанера.
7) Настольная пила.
Фрезерный станок.
9) Ручной рубанок.
10) Шлифовальная бумага различной зернистости.
11) Ленточная пила / лобзик.
12) Лазерный резак.
13) Набор фрез «птичий клюв».
14) Токарный станок.
15) Винты с потайной головкой, нейлоновые винты, пружины и тефлоновые прокладки.
16) Силиконовый клей.
Рис. 2.
Рис. 3
Шаг 3: Предварительная сборка
Для начала берём лазерный резак и вырезаем трафареты из фанеры (смотрите во вложениях формы «перегородки» и «зеркальная камера»).
Рис.4
Затем нужно вырезать 16 досок равного размера, чтобы собрать из них трубу. В нашем случае ширина досок равна 5 см, но вы обязательно сверяйтесь с вашим собственным дизайном, который рассчитали в первом пункте.
Используя фрезерный станок со сверлом «птичий клюв», обработайте одну сторону каждой доски. Так получатся специальные отверстия для соединения досок друг с другом.
Чтобы собрать трубу, используйте две полосы малярного скотча для фиксации всех досок вместе. Вы можете использовать по одной перегородке на концах трубы, так как это предварительная сборка.
Рис. 5
Шаг 4: Перегородки и доски
Теперь, когда вы убедились, что все доски подходят друг к другу и имеют правильные размеры, вы можете разобрать конструкцию и начать приклеивать перегородки к одной из досок.
Рис. 6
Приклейте доски на каждую вторую сторону перегородок, как на рисунке 6. Это обеспечит минимальную устойчивость конструкции. А затем, используя рубанок и наждачную бумагу, установите остальные доски так, чтобы они идеально прилегали друг к другу.
Рис. 7
Шаг 5: установка фокусера
Чтобы установить фокусер, первым делом нужно рассчитать его положение. С помощью программы Newt for the Web найдите расстояние между оптической осью фокусера и концом трубы. Как только вы его найдёте, используйте пилу, чтобы просверлить отверстие. Оно должно быть чуть большего размера, чем диаметр вашего окуляра.
Рис. 8
Используйте винты, чтобы прикрепить фокусировочный узел к корпусу телескопа, как на рисунке 9.
Рис. 9
Шаг 6: Зеркальная камера
Теперь нужно построить зеркальную камеру, в которой будет располагаться основное зеркало. Она будет состоять из 3 опорных точек, этого вполне достаточно для веса нашего зеркала. Если вы используете толстую фанеру, то хватит и одного слоя. Но, если фанера тонкая, то лучше сделать несколько трафаретов и склеить их между собой.
Рис. 10
Рис. 11
Рис. 12
Камеру нужно покрасить в черный цвет, чтобы избежать нежелательных отражений внутри трубы.
Рис. 13
Шаг 7: Опоры для вторичного зеркала
Хорошей опорой для эллиптического зеркала послужит кусок дерева. Он должен быть чуть меньше, чем короткая ось зеркала. Можно взять брусок и изготовить на токарном станке необходимый штифт, после чего просверлить центр и закрутить резьбовую шпильку.
Рис. 14
Рис. 15
Рис. 16
Теперь срежьте часть штифта под углом 45 градусов и приклейте на нее зеркало с помощью силиконового клея. Обязательно оставьте зазор между деревом и стеклом, чтобы избежать напряжения, и позвольте клею высохнуть в течение как минимум одних суток.
Рис. 17
Рис. 18
Шаг 9: «Паук» и установка вторичного зеркала
«Пауком» в телескопостроении называют держатель для вторичного зеркала. Чаще всего это конструкция с четырьмя или тремя лопастями, в центр которой крепится отражатель. Но в телескопах с небольшим диаметром (до 300 мм) можно использовать более простой вариант – изогнутую лопасть.
Для этого создаём еще одну опору, которая будет регулируемой (на рисунке 17 слева). Далее нужно взять 30-сантиметровую линейку из нержавеющей стали и просто согнуть. В центр получившейся дуги мы крепим зеркало с помощью опоры и винтов, а концы линейки прикручиваем к корпусу телескопа (смотрите рисунок 19).
Рис. 19
Покрасьте опоры и все части «паука» черной сатиновой краской, чтобы предотвратить нежелательные отражения.
Шаг 8: Проверка оптической системы.
Настало время проверить оптическую систему телескопа на ее пригодность. Если вы следовали рассчётам, сделанным в первом пункте, то у вас не должно быть никаких неприятных сюрпризов.
Рис. 20
Начните с ориентации эллиптического зеркала на фокусер. Убедитесь, что оно отцентрировано, то есть располагается прямо на оптической оси фокусера. Если оно расположено слишком высоко/низко, перемещайте его, пока не увидите изображение основного зеркала прямо по центру, как на рисунке 21.
Рис. 21
Теперь нужно разобраться с фокусом. У закрытой трубы есть недостаток: крайне сложно и неразумно менять её длину после того, как она уже собрана. А мы помним, что длина напрямую связана с фокусным расстоянием телескопа. Следовательно, исправить какие-то проблемы можно лишь посредством передвижения зеркальной камеры вдоль трубы, тем самым увеличивая или уменьшая фокусное расстояние. Поэтому вплоть до этого момента мы не прикручивали камеру к корпусу.
Если у вас не получается сфокусироваться на звезде с помощью окуляра, скорее всего придётся передвинуть камеру с основным зеркалом чуть ближе или чуть дальше. После того как вы найдёте нужное фокусное расстояние, закрепите камеру винтами, как на рисунке 22.
Рис. 22
Шаг 9: Держатель трубы (качалка)
Теперь нужно сделать систему, которая будет фиксировать телескоп, но при этом допускать движения. Таким образом, можно будет смещать центр тяжести трубы.
Рис. 23
Для этого вырезаем из дерева или толстой фанеры необходимые детали (смотрите «держатель трубы» во вложениях). Используйте клей и дюбели, чтобы собрать всё вместе.
Рис. 24
Рис. 25
Шаг 10: Коробка для качалки
Коробку можно разработать также с использованием рекомендаций Stellafane.
Сделать её можно из дерева. Для плавности движений используйте тефлоновые прокладки.
Рис. 26
Боковые стороны установите на круглое основание из фанеры толщиной 2-3 см, как на рисунке 27. На каждой стороне можно вырезать ручки для удобства транспортировки.
Рис. 27
Чтобы иметь возможность вращать прибор слева направо, необходимо добавить вертикальную ось. Это называется азимутальным подшипником.
Основание сделайте из фанеры и установите на три хоккейные шайбы (это уменьшит вибрацию). Потом сделайте центральный стержень и три тефлоновые прокладки над ножками (рисунок 28).
Рис. 28
Шаг 11: Готовый телескоп
Можно считать, что телескоп готов, осталось только всё соединить. Чтобы правильно разместить трубу в держателе, необходимо определить центр её тяжести. Для этого просто положите трубу с качалкой на стол и аккуратно попытайтесь сместить к краю до тех пор, пока она не начнёт падать.
Затем установите корпус телескопа на коробку и полюбуйтесь проделанной работой.
Рис. 29
Рис. 30
Здесь завершается наш DIY проект и начинаются космические приключения.
Желаем вам успехов в этом нелёгком, но чертовски интересном деле. Задавайте вопросы и делитесь своими проектами с нами.
И пусть небо будет чистым!
Вложения:
Перегородки
Зеркальная камера
Держатель трубы
Параметры