Перспективы развития кассегреновских телескопов с корректором в сходящихся пучках лучей

Ю.А.Клевцов, канд. техн. наук

Оптический журнал, том 71, номер 10, октябрь 2004, с. 16-24.

    Проанализированы пути и перспективы развития телескопов с корректором в сходящихся пучках лучей. Выделены основные типы систем со сферической оптикой, пригодные для разработки на их основе серийных телескопов с небольшим действующим отверстием. Подробно разбираются достоинства и недостатки таких телескопов. Рассмотрены принципы построения оптических систем кассегреновских телескопов с менисковым корректором в качестве вторичного отражательного элемента. Детально проанализированы характерные особенности и история разработки отдельных типов этих систем. Намечены перспективы дальнейшего развития таких телескопов и обосновывается ниша их возможного применения в наблюдательной астрономии.

За время, истекшее с 1991 г. после публикации в журнале "Земля и Вселенная" популярной статьи автора "Телескоп новой системы" [1], как в России, так и за рубежом был проявлен интерес к новой разработке. Новосибирский приборостроительный завод первый начал ее освоение в марте 1997 г. и уже четыре года серийно выпускает модели телескопов, собранные по схеме автора, с действующим отверстием 150 и 200 мм (1:10), которые быстро нашли свою нишу применения и пользуются заслуженным спросом среди любителей астрономии. В самое последнее время интерес к таким системам проявили и профессионалы, которые применяют их для создания сети светосильных, относительно дешевых телескопов, используемых для космического мониторинга. Три таких телескопа с действующим отверстием 610 мм (1:4), снабженных фокальным преобразователем, выполненным по схеме автора, построено в Испании и размещено на прибрежных островах [2].

В сети Интернет среди потребителей и производителей телескопов не утихают споры по поводу особенностей этих систем и их аналогов. Это неудивительно, так как в научной литературе эти вопросы нигде систематически не отражены, поэтому обсуждается все: начиная от оптических возможностей и вплоть до истории разработки и приоритета на то или иное схемное решение. Часто, из-за отсутствия информации и должного профессионализма у оппонентов в этих обсуждениях возникает недопустимая путаница, что и побудило автора сделать этот краткий исторический обзор путей усовершенствования кассегреновских схем с корректором в сходящихся пучках лучей и очертить перспективы развития оптики этого класса телескопов.

Предложенная Г. Кассегреном (1672 г.), знаменитая двухзеркальная система начала подвергаться модернизации только в начале двадцатого века, толчком к чему, в связи с развитием фотографических методов наблюдения, послужила необходимость увеличения углового поля зрения этой системы и чему, вероятно, в немалой степени способствовала разработка Зейделем (1856 г.) и К. Шварцшильдом (1905 г.) теории аберраций оптического изображения. Именно в это время Ценгер (1875 г.) выдвинул исключительно плодотворную идею использовать для коррекции аберраций зеркальных систем, в том числе и системы Кассегрена, афокальный двухлинзовый корректор, практически не вносящий в систему хроматических аберраций. Однако, первым, кто предложил конкретный модернизированный вариант системы Кассегрена с относительно небольшими коррекционными линзами в сходящихся пучках лучей был Р.А. Сампсон (1913 г.) [3]. Он положил начало перспективному направлению модернизации кассегреновской схемы, состоящему в том, что относительно небольшие по сравнению с действующим отверстием системы коррекционные линзы исправляют искажения оптического изображения, вносимые зеркалами. Это позволяет развивать действующее отверстие, благоприятно в технологическом отношении и упрощает выбор стекла надлежащего качества для линз. Сампсон рассчитал оптическую систему с главным зеркалом в форме эллипсоида вращения, вторичного зеркала в форме линзы Манжена (отражательная линза, предложена французским инженером Манженом в конце 70-х годов 19 века) с посеребренной тыльной стороной и двухлинзового корректора, установленного в ходе лучей после линзы Манжена. Система Сампсона при относительном отверстии 1:14 была свободна от сферической аберрации, комы и хроматизма и имела плоское поле диаметром 2 градуса, при угловом размере изображений звезд по краю поля зрения 2,2". Хотя система Сампсона и не была изготовлена, она дала толчок всем последующим разработкам в этой области.

Идея Ценгера, а также открытие свойств коррекционной асферической пластинки и мениска, сделанные Шмидтом и Максутовым в тридцатых-сороковых годах прошлого века, положили начало другому перспективному направлению развития кассегреновского типа систем с коррекционными линзами впереди главного зеркала в параллельном пучке лучей, что способствовало, в частности, увеличению поля зрения этих систем.

В этой статье мы не будем за недостатком места описывать все известные типы модернизированных телескопов Кассегрена. Поскольку исследованию систем с коррекционными линзами в параллельном пучке лучей посвящено значительное количество научных работ (см., например, [4]), а их достоинства и недостатки хорошо изучены, то основная задача настоящей статьи - проследить более узкое и менее известное читателям перспективное направление развития этих систем с относительно небольшими по сравнению с действующим отверстием коррекционными линзами в сходящихся пучках лучей, которые могут быть использованы для малогабаритных и относительно дешевых телескопов серийного производства.

В 1934 г. В.Н. Чуриловский [5], развивая идеи Ценгера и Сампсона, разработал теорию афокального апохроматического корректора и предложил две схемы кассегреновского типа (рис.1 а,б) с одним и двумя корректорами из двух линз, выполненных из стекла одной марки, причем все поверхности системы, включая зеркала, имеют сферическую форму. Его исследования показали, что одним апохроматическим корректором можно устранить сферическую аберрацию и кому системы, а двумя корректорами можно устранить, в принципе, все аберрации изображения. К сожалению, эти предложения В.Н. Чуриловского не только остались неосуществленными, но даже и не были разработаны до конца. На это обратил внимание в 1965-1972 г. П.П. Аргунов [6]. Исследуя эти схемы он нашел, что несмотря на высокое качество коррекции вторичного спектра, система рис.1а страдает большим астигматизмом, что связано с необходимостью значительно отодвигать корректор от вторичного зеркала, чтобы пропустить крайние лучи. По этой же причине исправление сферохроматической аберрации также неудовлетворительно. То же относится и к системе рис.1б, которая, к тому же, чрезвычайно сложна в изготовлении и юстировке.

Системы Чуриловского
Рис.1 Системы Чуриловского. а) с одним корректором; б) с двумя корректорами.

Следует упомянуть и еще об одной интересной системе, которую предложили в 1947 г. Г.Г. Слюсарев и В.С. Соколова (см. рис.2) и которая нашла применение в телескопе АСИ-4 [7]. Аберрации сферического зеркала исправлялись корректирующей системой, состоящей из пяти линз, сгруппированных в три отдельных компонента, первый из которых имеет внутреннюю отражательную поверхность. Параллельный ход лучей между первым и вторым компонентами позволял устанавливать на телескопе сравнительно небольшие в 1/3 действующего отверстия призмы прямого зрения. Система использовалась на Пулковской обсерватории в качестве бесщелевого спектрографа. Действующее отверстие ее составляло 270 мм, фокусное расстояние - 1500 мм, а угловое поле - 4 градуса. Коррекционная система экранировала примерно 15% площади входного зрачка. Длина всей камеры была около 700 мм. Относительно высокая светосила (1:5,6) не окупалась недостатками: система отличалась сложностью и трудностью юстировки, кроме того, она страдала большим остаточным хроматизмом.

Система Слюсарева - Соколовой
Рис.2 Система Слюсарева - Соколовой.

Далее процесс усовершенствования этих систем протекает по двум направлениям:

  • Начинается разработка схем с совмещением вторичного отражательного элемента и корректирующих линз в единый оптический узел [Аргунов, 1962-1972 г.], что дает возможность значительно упростить конструкцию системы и ее юстировку.

  • Практически параллельно этому направлению развиваются системы с прямым изображением [Букредер (1968 г.) и Сиглер (1982 г.)]. Схемы этого типа [8,9] содержат три оптических элемента: главное сферическое зеркало, отражательный оптический элемент в виде линзы Манжена, выполняющий функцию вторичного зеркала и установленную за фокусом кассегрена внутри схемы систему переноса, дающую прямое изображение. Достоинством подобных систем является небольшое центральное экранирование (не более 1/4 действующего отверстия), большое относительное отверстие (до 1:3), высокое качество коррекции аберраций в пределах поля до 1 градуса и прямое изображение, что делает телескоп пригодным для наблюдения наземных предметов. В самое последнее время (2003 г.) французской фирмой "Kinoptik" выпущен 160 мм телескоп (1:6,7) по аналогичной схеме. Однако, наличие трех отдельных оптических элементов все-же усложняет юстировку телескопа и вызывает сомнения в ее стабильности в реальных условиях эксплуатации.

На основании вышесказанного представляется, что совмещение отражательной и корректирующих линз в единый оптический узел (корректор) - идея во всех отношениях более перспективная. В этой области долго и плодотворно работал кандидат технических наук, профессор, Павел Павлович Аргунов (1901-1987 г.). Фактически, он был первым исследователем этого, как потом выяснилось, обширного класса модернизированных оптических систем Кассегрена. Начав заниматься астрономической оптикой как любитель, он быстро вырос в этой, новой для него области, в профессионала, чему в немалой степени способствовало его плодотворное сотрудничество с Одесской астрономической обсерваторией и поддержка ее директора, известного советского астронома В.П.Цесевича. Свою первую систему с ахроматическим корректором (рис.3а) он запатентовал в конце 1962 г. [10]. Она имела корректор, диаметром в 1/3 действующего отверстия, составленный из двух или трех линз, выполненных из разных марок стекла [11], что давало возможность обеспечить ахроматическую и апланатическую коррекцию изображения. Недостатком этой системы, при двухлинзовой конструкции корректора, является недопустимо большой вторичный спектр, который при оптимально выбранных марках стекла корректора всего лишь в 2,5 раза меньше, чем в эквивалентном рефракторе ахромате. Вторичный спектр может быть уменьшен при трехлинзовой конструкции корректора, однако, недостатком такой системы является ее сложность, необходимость использования особых нетехнологичных марок стекла и узкий диапазон коррекции остаточного хроматизма. Телескопы такого типа не могут иметь большое действующее отверстие и светосила их имеет пределом значение относительного отверстия 1:10, что недостаточно для фотографических работ, в особенности, по слабым туманным объектам. На Одесской обсерватории в 60-х - 70-х годах прошлого века было изготовлено несколько таких телескопов с действующим отверстием до 400 мм, однако, из-за указанных недостатков они не получили распространения.

Системы Аргунова
Рис.3 Системы Аргунова. а) с ахроматическим корректором; б) с изохроматическим корректором.

За рубежом аналогичные системы появились значительно позднее. Они описаны Стонгом (1972 г.) [12] и Рихтером (1981 г.) [13] и известны как телескопы Акме без ссылки на приоритет Аргунова. В указанных статьях рассмотрены варианты склеенного двухлинзового корректора, а также корректора к параболическому главному зеркалу, что позволяет трансформировать ньютоновский телескоп в систему Кассегрена с одновременным расширением поля зрения.

Вторая оптическая система (см. рис.3б), разработанная Аргуновым в 1966 г. [6], содержит афокальный двухлинзовый корректор Ценгера-Чуриловского, выполненный из стекла одной марки, расположенный на пути лучей, отраженных от главного зеркала до их падения на вторичное зеркало, так что лучи света проходят корректор дважды. В этой системе обеспечена строгая апохроматическая коррекция для области спектра 365-1600 нм, причем исправлена и сферохроматическая аберрация. Апланатическая коррекция возможна лишь в том случае, если корректор находится на некотором расстоянии от вторичного зеркала.

Такие телескопы также изготавливались и испытывались (вплоть до действующего отверстия 650 мм), но, насколько известно автору из переписки с заведующим лабораторией астрономической оптики Одесского университета Н.Н. Фащевским, а также и на основании собственного анализа данных, приведенных в статье Аргунова [6], в этой системе практически невозможно, наряду с исправлением остаточных осевых аберраций в широком спектре, избавиться от засветки поля зрения паразитными бликами, возникающими при отражении света от линз корректора, в связи с чем и от этого решения поспешили отказаться в пользу трехзеркального варианта телескопа со сферическим главным зеркалом [14].

Параллельно Аргунову известный советский оптик Геннадий Михайлович Попов (КРАО) в 1966 г. рассмотрел две кассегреновские системы [15]. Первая из них c кольцевым корректором отличается от второй системы Аргунова рис.3б только тем, что лучи света проходят корректор всего один раз - при отражении от главного зеркала. Для пропуска лучей, отраженных от вторичного сферического зеркала, в корректоре имеется центральное отверстие. Несмотря на возможное исправление астигматизма в этой системе, очень существенным является ограничение, накладываемое условием пропуска лучей, отраженных от вторичного зеркала, через отверстие в линзах. Фактически система применима лишь при линзах относительно большого размера, удаленных на значительное расстояние как от главного, так и от вторичного зеркал, при этом, эквивалентное фокусное расстояние должно быть примерно в 10 раз больше, чем у главного зеркала, что приводит к большой кривизне поля [6]. Сведений об изготовлении и испытании подобной системы не приводится.

Значительно более интересна другая система Г.М. Попова, описанная там же [15] (рис.4). Фактически это первая попытка корректировать аберрации системы сферических зеркал Кассегрена мениском, установленным около вторичного зеркала и работающим в двойном ходе лучей. Однако, исследования Г.М. Попова показали, что параметров мениска недостаточно для устранения хроматизма и обеспечения апланатической коррекции изображения, а предложенные им апохроматические варианты системы обладали небольшой, но принципиально неустранимой комой.

Система Попова с мениском вблизи вторичного зеркала
Рис.4. Система Попова с мениском вблизи вторичного зеркала.

Уместным будет обратить внимание читателей и на другие работы Г.М. Попова, посвященные менисковым модернизациям системы Кассегрена и безусловно представляющие интерес в плане развиваемой тематики. В его монографии [16] рассмотрена возможность компенсации аберраций системы квази-Ричи-Кретьена с исправленной кривизной поля мениском с эллиптической выпуклой поверхностью, установленным вблизи фокальной плоскости и обернутым к ней прогибом. Попов нашел также, что на поле до 1 градуса можно использовать технологически более простой мениск без асферической поверхности. К сожалению, такие системы имеют центральное экранирование порядка 18%, что связано с необходимостью выноса фокальной поверхности за главное зеркало и выполнения в зеркальной системе условия Петцваля. В этой связи, интересно будет упомянуть и о том, что в последние годы жизни Аргунов также занимался исследованием подобных систем. В материалах его архива, остатки которого в начале 90-х годов любезно передала автору дочь П.П. Аргунова М.П. Дорошина найдены параметры систем с гиперболической выпуклой поверхностью мениска. Поверхности мениска имеют умеренную кривизну; фактически, мениск близок к асферической плоскопараллельной пластинке. Условие Петцваля в системе не выполнено, вследствие чего, она обладает меньшим экранированием (порядка 12%) и габаритами, но несколько большей светосилой (1:6,6), чем система, предложенная Г.М. Поповым. Несмотря на это обстоятельство, исследования, проведенные автором, показывают, что по качеству изображения на поле до 1 градуса обе системы вполне сопоставимы. Несколько ранее В.Н.Чуриловский (1963 г.) предлагал похожую систему, но с обратной ориентировкой мениска. Вряд ли его расчеты были доведены до конца [17]. В 1968 г. Г.И. Тихомирова (Цуканова) предлагала аналогичные варианты с двумя асферическими менисками [18], однако, у нас нет сведений о практическом использовании этих разработок.

В середине июля 1974 г. автор занялся исследованием системы с менисковым корректором не имея информации о работе [15] Г.М. Попова. Исследования показали, что квазиафокальный максутовский мениск, работающий в двойном ходе сходящихся пучков лучей, при заданной толщине, может обеспечить коррекцию только двух аберраций, так как обладает двумя свободными параметрами: кривизной и разностью радиусов, при этом мениск вносит в систему лишь весьма небольшие хроматизм положения и увеличения, зависящие от его ориентировки в системе.

В то время автор ошибочно полагал, что полностью от хроматизма положения, не нарушая при этом апланатической коррекции системы, избавиться невозможно, поскольку все свободные параметры мениска уже задействованы. Однако, сравнительно недавние исследования, выполненные автором уже после получения информации об аналогичных телескопах, выпускаемых японской фирмой "Vixen", показали, что увеличение толщины мениска дает возможность воздействовать на кому системы, позволяя при некотором определенном и еще вполне практичном ее значении удовлетворить условиям коррекции трех основных аберраций изображения.

Детальные исследования этого решения, впрочем, показывают, что ввиду своей простоты, оно не обладает достаточной гибкостью в исправлении остаточных осевых аберраций и остаточной комы. Эти аберрации довольно велики и уменьшить их нет никакой возможности, так как от единственного свободного параметра - марки стекла мениска они почти не зависят, а остальные свободные параметры системы связаны условием центрального экранирования (не более 12% площади действующего отверстия) и выносом плоскости фокусировки за главное зеркало. Кроме того, относительно толстый мениск вводит значительный хроматизм увеличения (свыше 0,1% в области наивысшей чувствительности глаза). Так что, создание на основе этой схемы телескопов с широким спектральным диапазоном работы и относительным отверстием больше чем 1:10 представляется проблематичным. Единственным, пожалуй, достоинством такой схемы является практически полное отсутствие бликов, так как большая кривизна поверхностей мениска и экранирование 1/3 центральной части действующего отверстия способствуют тому, что паразитный свет, отраженный от поверхностей мениска, не попадает в поле зрения.

В те годы (1975 г.), размышляя над возможностью исправления в этой системе с заданной толщиной мениска трех основных аберраций оптического изображения, автор, в конце концов, догадался использовать в ней в качестве компенсатора хроматизма вместо вторичного зеркала отражательное зеркало Манжена, выполненное из материала с тем же ходом дисперсии, что и мениск (см. рис.5а). Это одновременно решает проблему коррекции вторичного спектра в широком диапазоне длин волн - главного зла аргуновских телескопов. Исследования такой системы в области теории аберраций были закончены уже в марте 1975 г. Они показали, что отражательный элемент, выполненный в виде линзы Манжена, дает возможность компенсировать хроматизм положения любого знака в зависимости от соотношения его радиусов. Поскольку в системе с мениском вблизи вторичного зеркала (см. рис.4) компенсируемая величина хроматизма положения небольшая, радиусы линзы Манжена всегда получаются одного знака, вследствие чего, монохроматические аберрации, вносимые этим элементом, не сильно отличаются от аберраций выпуклого вторичного зеркала, так что условия апланатической коррекции в системе качественно не нарушаются и легко могут быть восстановлены вариацией параметров мениска, что в дальнейшем и подтвердилось анализом. Теория аберраций этой системы, учитывает также неменисковые решения и дает четыре возможных варианта конструкции корректора [19], из которых оптимальным по остаточным аберрациям является вариант с ориентировкой квазиафокального отрицательного мениска прогибом к объекту наблюдения (рис.5а), при этом отражательная линза также получается отрицательной. Дальнейшие исследования показали значительное различие радиусов кривизны отражательной линзы, что объясняется почти в три раза большим хроматизмом положения, который вводит мениск такой ориентировки. Так что и блики в этом варианте корректора отстоят существенно дальше от фокальной плоскости, чем в корректоре с обратной ориентировкой мениска, от развития которой автор в дальнейшем отказался, также и ввиду ее недостатков, полностью аналогичных системе рис. 4, о которых было сказано выше.

Системы с корректорами
Рис.5 Системы с корректором из а) мениска и отражательной линзы; б) склеенного мениска; в) двух менисков.

В конце июня 1975 г. автор уже имел четыре оптимизированных на ЭВМ варианта системы в диапазоне относительного отверстия 1:8 - 1:15, которые в дальнейшем послужили основой для заявки на изобретение с датой приоритета от 22.12.1975 г. [20].

Летом 1980 г. находясь на работе в оптической группе Сибирского института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн СО АН (г. Иркутск) автор закончил изготовление оптики двух опытных образцов 300 мм телескопов (1:9,6), рассчитанных по указанной схеме, и в середине ноября один из телескопов удалось успешно испытать по небесным объектам [1].

В конце третьей четверти двадцатого века доступная астрономам область оптического спектра существенно расширилась за счет приемников света ближней ультрафиолетовой и инфракрасной областей и не учитывать это при проектировании телескопов долговременного использования стало невозможно. Спектральная область чувствительности используемых астрономами фотоматериалов простиралась от 250 до 1100 нм. Кроме того, в то время начинали использоваться перспективные ПЗС-приемники излучения, полоса пропускания которых в среднем составляла 400-900 нм. Наблюдаемое в настоящее время прогрессивное улучшение качества ПЗС-матриц: повышение их разрешающей способности вдвое-втрое по сравнению с фотоэмульсией и увеличение размеров, приближающее их по информативности к фотопластинкам, заставляет сейчас предъявлять куда более жесткие требования к качеству оптического изображения в телескопах, нежели те, которыми оптики руководствовались пол-века назад. Можно было ожидать появления принципиально новых разработок оптических телескопов с улучшенным качеством изображения, в частности, это обстоятельство стимулировало автора на поиски иных конструкций менискового корректора с лучшим исправлением остаточных хроматических аберраций в широком диапазоне спектра, а также на поиски путей исправления полевых аберраций изображения в этих системах.

Несмотря на то, что в видимой области вторичный спектр разработанной автором системы был в среднем в 100 раз меньше, чем в эквивалентной системе Аргунова и изображения звезд в таком телескопе визуально практически не отличались от таковых в зеркальном инструменте, ощущалась необходимость в расширении полосы пропускания системы на ближнюю ультрафиолетовую и инфракрасную области спектра. Кроме того, имелась потребность в увеличении относительного отверстия и поля зрения, чего предложенная система [20], без дальнейшей модернизации обеспечить не могла. В результате систематических исследований разнообразных схем менисковых корректоров год за годом последовательно накапливался ряд приемов, позволяющих улучшить качество изображения системы в широком диапазоне спектра. Рассмотрим коротко эти приемы в их хронологической последовательности.

Улучшить коррекцию вторичного спектра в системе рис.5а для длин волн, выходящих за пределы видимого спектрального диапазона, можно, если выполнить отражательный элемент корректора из стекла, незначительно отличающегося ходом дисперсии от стекла мениска. В работе [21] автор показал, что в области длин волн от 365 до 1600 нм удачным выбором сортамента стекла отражательной линзы продольный вторичный спектр может быть уменьшен еще в 2,8 раза относительно системы с линзами из стекла одной и той же марки. Там же показано, что переход в корректоре к стеклам типа тяжелый крон позволяет уменьшить остаточные осевые аберрации и увеличить светосилу системы до 1:7.

Дальнейшие исследования привели к выводу, что коррекцию хроматизма положения, вводимого в систему мениском, можно выполнить иным путем, а именно, сделав мениск склеенным из двух приблизительно равных по показателю преломления для основной линии спектра, но разных по дисперсии, марок стекла с соответствующим выбором радиуса хроматической склеенной поверхности. По этому принципу построена система рис.5б, исследованная автором в 1981 г. [21], причем стекла для линз подобраны из близких по дисперсии и коэффициенту линейного расширения сортов кронов, что для относительного отверстия 1:9,5 и диаметра действующего отверстия системы 300 мм дало возможность коррекции вторичного спектра и сферохроматической аберрации в довольно широком диапазоне спектра от 436 до 767 нм. Положительной особенностью этой системы является практически полное отсутствие паразитного света, а недостатком - необходимость склейки линз. Кроме того, следует заметить, что работы по развитию этого типа системы нельзя считать завершенными и в ближайшее время следует ожидать новых интересных разработок в этой области.

Другим способом коррекции хроматизма является введение в корректор двух менисковых линз, как это сделано в системе рис.5в, запатентованной автором 17 мая 1984 г. [22], при этом мениски не требуется отодвигать от вторичного зеркала, как это имеет место в системе Аргунова с корректором из тонких линз [6]. При такой конструкции корректора толщина линз создает благоприятные условия для коррекции комы, а вариация их прогибов позволяет найти решение на обычных марках стекла (кроны и плавленный кварц) для системы с относительным отверстием 1:8 и исправлением остаточных осевых аберраций в диапазоне спектра 365-1600 нм. Если выполнить эти линзы, как указано выше, из стекол, незначительно различающихся по дисперсии, удается еще значительно уменьшить величину продольного вторичного спектра. Благодаря большой кривизне поверхностей линз корректора, эта схема также практически свободна от паразитного света.

Схема рис.5в, благодаря простоте конструкции (линзы и вторичное зеркало собраны в единый оптический узел - корректор), высокому качеству изображения в широком спектре и низкому уровню паразитного света получила неожиданное для автора развитие. Оказалось, что 100-см телескоп в Словакии, на Колоницкой наблюдательной базе Выгорлацкой обсерватории (г. Гуменне), созданный на паях с Одесской астрономической обсерваторией под руководством Н.Н. Фащевского [23], выполнен по описанной выше схеме. Это с неизбежностью показал анализ конструктивных элементов, которые в ответ на запрос любезно выслал автор цитируемой статьи [23], из которой также следует, что разработка оптической схемы этого телескопа была завершена в начале 90-х годов, когда не только описание авторского свидетельства [22], но и статья автора [21], где приведены конструктивные элементы системы, уже были опубликованы.

Справедливости ради, следует заметить, что утверждения того же Н.Н. Фащевского [24] о том, что под его руководством и примерно в то же время (1975 г.) на Одесской астрономической обсерватории проводились исследования системы, аналогичной первой системе автора рис.5а только с обратной ориентировкой мениска, лишены каких бы то ни было оснований, так как и по сию пору не найдено ничего, хотя бы отдаленно подтверждающего эти высказывания, в связи с чем, их достоверность должна быть поставлена под сомнение.

В этой связи, читателям небезынтересно будет узнать, что автор бережно хранит в своем архиве письмо самого П.П.Аргунова от 10.10.1983 г., в котором он с понятным сожалением признается, что после него на Одесской астрономической обсерватории никто всерьез не занимался модернизацией разработанных им оптических систем и интересуется возможностью изготовить корректор по расчетам автора к своему 10" телескопу (копия этого письма вместе с рукописью статьи передана автором в редакцию "Оптического журнала").

Практика разработки опытных образцов серийных телескопов типа рис.5а показывает, что по конструктивным соображениям желательно введение значительного воздушного промежутка (3-4 мм) между линзами корректора. Это позволяет снизить допуски на центрировку линз и упростить процесс их юстировки. Кроме того, для удобства размещения светоприемной аппаратуры, необходим значительный вынос плоскости фокусировки за главное зеркало (порядка величины действующего отверстия телескопа). Это приводит к росту увеличения корректора и, как следствие, к ухудшению качества коррекции осевых аберраций системы.

На фоне этого обстоятельства, особого внимания заслуживает модернизированная автором в конце 1995 г. схема рис.5а. Последняя вариация этой системы с близкими по дисперсии стеклами линз корректора (патент РФ с приоритетом от 19.03.1996 г. [25]), позволила увеличить как относительное отверстие, так и спектральную область работы, так что сейчас системы, изображенные на рис.5б и в, представляют, на взгляд автора, ограниченный интерес (только в смысле полного устранения паразитной засветки поля зрения), так как в конструктивном, технологическом плане и в отношении коррекции аберраций они явно уступают модернизированной системе [26].

В этом варианте схемы мениск выполняется из лантановых стекол типа сверхтяжелый крон с показателем преломления 1,7-1,75, что позволяет увеличить относительное отверстие системы даже при значительном промежутке между линзами корректора и большом выносе плоскости фокусировки за главное зеркало. Уменьшение показателя преломления отражательной линзы до значений 1,5-1,6 и оптимальный выбор толщины мениска позволяют уменьшить остаточные осевые аберрации в весьма широком диапазоне спектра от 400 до 900 нм (и даже от 365 до 1530 нм на оси системы, если использовать корректор без просветляющего покрытия), при этом, для обеспечения коррекции вторичного спектра в указанном интервале длин волн, стекла линз корректора, помимо указанных требований к показателю преломления, должны иметь близкие дисперсии, а точнее, возможно более плавную функцию разности относительных частных дисперсий, пропорциональную на краях компенсируемого спектрального диапазона соответствующим значениям вторичного спектра эквивалентной системы. Под эквивалентной системой подразумевается такая, в которой отражательная линза выполнена из материала мениска и в которой одинаковы фокусное расстояние главного зеркала и всей системы в целом, а также все толщины линз и воздушные промежутки [26]. Исследования остаточных аберраций и допусков показывает, что на основе этой модернизированной схемы можно выпускать серийные телескопы с относительным отверстием 1:8-1:8,5 и спектральной областью работы 400-900 нм. Для уникальных профессиональных телескопов возможно достижение относительного отверстия до 1:6 при действующем отверстии 500-750 мм и центральном экранировании 12% от площади действующего отверстия. Если не задаваться высоким значением относительного отверстия, ограничив его величиной 1:10, и областью спектра 436-707 нм, можно уменьшить центральное экранирование системы до 8%. Следует отметить, что в модернизированной системе [25] разность радиусов отражательной линзы еще несколько увеличивается, что способствует уменьшению уровня паразитной засветки поля зрения. Нанесение вакуумных многослойных просветляющих покрытий на преломляющие поверхности корректора с остаточным отражением в диапазоне спектра 400-850 нм порядка 0,3-0,5% безусловно позволит полностью освободится от паразитного света.

Недостатком всех систем рис.5, разработанных автором, является наличие принципиально неисправимых полевых аберраций: астигматизма и кривизны поля, в связи с чем, дифракционно ограниченное поле этих систем в среднем составляет 10-15 угловых минут. Этого, однако, достаточно для визуальных наблюдений и работ с относительно дешевыми ПЗС-камерами небольшого формата, весь спектральный диапазон и разрешающую способность которых такая система в состоянии использовать, имея значительно большее относительное отверстие 1:8-1:8,5, чем ее серийные аналоги: система Шмидта-Кассегрена и Максутова-Кассегрена (1:10).

В самое последнее время автор нашел (1998-2002 г.) средства борьбы и с полевыми аберрациями. Трехлинзовый изопланатический преобразователь фокуса, рассчитанный для модернизированного варианта системы рис.5а, установленный на небольшом расстоянии впереди плоскости изображения, позволяет повысить эквивалентное относительное отверстие от значений 1:8-1:10 до значений 1:4-1:6,3, сохранить спектральную область 400-900 нм и обеспечить плоское поле изображения размером до 1,3 градуса. Аналогичный преобразователь фокуса на более узкую область спектра 486-653 нм использован авторами работы [2]. Преобразователь позволяет обеспечить относительное отверстие 1:4 и угловое поле зрения 1 градус при действующем отверстии телескопа 610 мм. Светоприемным устройством на этом телескопе является ПЗС-матрица размером 24х24 мм с чувствительными пикселами 24х24 мкм [2].

Таким образом, можно сделать заключение, что предлагаемая система телескопа идеально подходит для наблюдений с ПЗС-камерами. В любительской астрономии - это в основном наблюдения Луны, планет и, так называемых, "Deep-Sky" (туманных) объектов. В профессиональной астрономии ниша применения системы - это создание сети телескопов космического мониторинга, используемых для определения орбит искуственных спутников, комет и астероидов, орбиты которых пересекаются с орбитой Земли. Благодаря своей дешевизне и высокому качеству изображения в широкой спектральной области, эта система наиболее хорошо подходит для решения указанной задачи. Очень простая, малогабаритная и дешевая, снабженная преобразователями фокусного расстояния, предлагаемая система успешно конкурирует в этих областях применения с такими известными и уважаемыми системами телескопов, как система Шмидта-Кассегрена и система менисковый Кассегрен Д.Д.Максутова.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Клевцов Ю.А. Телескоп новой системы // Земля и Вселенная. 1991. № 5. С. 92-94.
  2. http://www.oam.es/unicorn/ninstrumental_en.htm
  3. Мюрсепп П.В., Вейсманн У.К. Бернхард Шмидт, Л.:Наука, 1984. С. 66-69.
  4. Михельсон Н.Н. Оптика астрономических телескопов и методы ее расчета, М.: Физико-математическая литература, 1995. 383 с.
  5. Чуриловский В.Н. О новом типе астрофотографического объектива с апохроматической, апланатической, анастигматической и ортоскопической коррекцией // Труды ЛИТМО. Л.: 1940. Т. 1. Вып. 4. 32 с.
  6. Аргунов П.П. Изохроматические системы телескопов со сферической оптикой // Астрономический вестник. 1972. Т. 6. № 1. С. 52-61.
  7. Мельников О.А.,Слюсарев Г.Г.,Марков А.В.,Купревич Н.Ф. Современный телескоп, М.: Наука, 1968. С. 139-142.
  8. Buchroeder R.A. An improved Buchroeder catadioptric design. Cox Robert E. Editor's note // Sky and Telescope. 1968. Vol. 36. No 5, P. 336-339, P. 341-342.
  9. Sigler R.D. All - Spherical catadioptric telescope with small corrector lenses // Appl. Opt., 1982. Vol. 21. No 15. P. 2804-2808
  10. Аргунов П.П. Катадиоптрический телескоп // А.с. № 158697. Бюл. изобр. 1963. № 22.
  11. Аргунов П.П. Катадиоптрический телескоп // Новая техника в астрономии, М.: Наука. 1965. С. 8-16.
  12. Stong C.L. The amateur scientist. A compact short-focus telescope with spherical optical surfaces // Scientific American. 1972. No 8. P. 96 - 98.
  13. Richter L.J. New catadioptric telescope // Proc. Soc. Photo – Opt. Instrum. Eng., 1981. Vol. 288. P. 33-37.
  14. Фащевский Н.Н. Трехзеркальный телескоп // Новая техника в астрономии, Л.: Наука. 1984. С. 124-126.
  15. Попов Г.М. Зеркально-линзовые изохроматические системы кассегреновского типа // Изв. Крымской астрофиз. обс., М.: Наука. 1967. Т. 36. С. 273-280.
  16. Попов Г.М. Современная астрономическая оптика, М.: Наука, 1988. С. 162-164.
  17. Чуриловский В.Н. Теория хроматизма и аберраций третьего порядка, Л.: Машиностроение, 1968. С. 298-304.
  18. Тихомирова Г.И. // Изв. вузов, Приборостроение, 1968. Вып. 11, № 3. C. 97.
  19. Клевцов Ю.А. Аберрационный расчет оптической системы с менисковым корректором // Исслед. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М.: Наука. 1983. вып. 64. С. 21-32.
  20. Клевцов Ю.А. Катадиоптрический телескоп // А.с. № 605189. Бюл. изобр. 1978. № 16.
  21. Клевцов Ю.А. Новые апохроматические системы с менисковыми корректорами // Исслед. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М.: Наука. 1988. Вып. 79. С. 178 - 185.
  22. Клевцов Ю.А. Зеркально-линзовый объектив телескопа // А.с. № 1191862. Бюл. изобр. 1985. № 42.
  23. Фащевский Н.Н., Паулин Л.С., Рябов А.В. Создание 100-см телескопа в Одессе // Одесский Астрономический календарь 2003, Одесса, Астропринт. 2002. С.180-182.
  24. Фащевский Н.Н. Телескопы профессора Аргунова // Страницы истории астрономии в Одессе, Одесса, Астропринт. 1997. Часть 4. С.102.
  25. Клевцов Ю.А. Катадиоптрический телескоп // Патент России № 2125285. 1999.
  26. Клевцов Ю.А. Новые оптические системы для малогабаритных телескопов // Оптический журнал. 2000. Т. 67. № 2. С. 104-109.
Designed by © 2002 T|Design © Telescopes.ru