Любительский Астрономический комплекс.
200 мм
телескоп:
Объектив
телескопа
Оптическая схема
объектива содержит два гиперболических
зеркала и необязательный корректирующий
мениск, работающий в сходящемся пучке.
Диаметр главного
зеркала - 200 мм, вторичного - 65 мм. К
достоинствам оптической схемы следует
отнести прекрасное исправление
аберраций (даже без корректирующего
мениска осевые геометрические аберрации
намного меньше дифракционного предела, а
полевые - в несколько раз лучше, чем в
классической схеме Кассегрена), а также
малую асферичность зеркал (отклонение
профиля от ближайшей сферы - менее 0.5 мкм).
Функция мениска - дальнейшее исправление
полевых аберраций и кривизны поля, а
также отсечение потока воздуха,
нагреваемого термоэлектрической
батареей ПЗС-матрицы от основного объема
трубы объектива.
Данные
объектива:
Radius |
Thickness |
Glass |
Diameter |
Conic |
-1610
mm |
-558.6
mm |
Mirror |
200 mm |
-1.15 |
-762.11
mm |
541.86
mm |
Mirror |
66 mm |
-6.20 |
56.76
mm |
5.06 mm |
K8 |
40 mm |
|
52.83
mm |
151.45
mm |
Air |
40 mm |
|
При расчете и
оптимизации оптической схемы
использовалась демонстрационная версия
программы "Zemax" фирмы Focus Software Inc.
Расчетные
геометрические пятна рассеяния
Для любителей
оценивать параметры объектива по
частотно-контрастной характеристике
привожу и ее. Попробуйте заметить отличия
от дифракционного предела!
ЧКХ
Технология
изготовления оптических деталей
объектива с некоторыми
усовершенствованиями была близка к
общепринятой. Обдирка главного зеркала
проводилась кольцевым шлифовальником,
шлифовка - пластмассовым шлифовальником
на бетонном основании, полировка и
фигуризация - полировальником из
полировочной смолы на металлической
основе. Испытания проводились теневым
методом по рассчитанным зональным
аберрациям. Испытания вторичного зеркала
проводились в сборе с главным по
автоколлимационной схеме с
использованием вспомогательного
плоского зеркала диаметром 225 мм. При
изготовлении оптических деталей
использовался самодельный шлифовально-полировальный
станок.
Объектив собран в тонкостенной
алюминиевой трубе диметром 220 мм и длиной
700 мм. Фокусировочный узел имеет привод с
шаговым двигателем
Монтировка:
Монтировка
немецкого типа с идентичными
электрическими приводами на полярную ось
и ось склонений. Вал электродвигателя 12В/15Вт
через муфту связан с червяком, который
входит в безлюфтовое зацепление с
червячным колесом (Z=360, m=0.5). Другой конец
червяка через муфту связан с
оптоэлектронным датчиком углового
положения типа ДУП-1000 с ценой деления 0.36
угл. град.
Специальной
электронной схемой цена деления датчика
уменьшается в четыре раза. Следовательно,
с учетом передаточного числа червячной
передачи, угловое положение каждой оси
может контролироваться с точностью 0.9 угл.
сек. Микроконтроллер на основе
однокристальной микроЭВМ типа КР1816ВЕ31
обрабатывает информацию от датчиков и
формирует управляющие напряжения для
каждого из двигателей, образуя аппаратно-программную
автоматическую систему управления с
замкнутой обратной связью. Для повышения
точностных характеристик программно
реализован пропорционально-интегрально-дифференциальный
(ПИД) закон регулирования с
соответствующими весовыми
коэффициентами. Измеренная
среднеквадратическая ошибка слежения
привода в режиме компенсации суточного
вращения не превышает 1.2 (дел. датчика).
Подключенный к микроконтроллеру пульт
управления, имеющий клавиатуру и два 8-разрядных
цифровых индикатора, позволяет вводить и
контролировать экваториальные
координаты точки наведения, а также
задавать произвольное движение в
экваториальной системе координат.
Естественно, что предварительно полярная
ось монтировки должна быть направлена на
полюс мира, а система координат привода
"привязана" к экваториальной по
меньшей мере по одному объекту звездного
неба. Кроме того, управление
микроконтроллером привода может
осуществляться от персонального
компьютера через последовательный
интерфейс типа RS-232C. Управляющая
программа микроконтроллера создавалась
на персональном компьютере с
использованием кросс-ассемблера
собственной разработки.
ПЗС Камера:
Монохромная
телевизионная камера построена на основе
охлаждаемой ПЗС-матрицы с кадровым
переносом, электронным затвором и
вертикальным антиблюмингом типа ФПЗС-134М.
Формат матрицы - 512х288 элементов, размер
элемента - 12х16 мкм. Охлаждение матрицы
производится термоэлектрической
батареей на эффекте Пельтье и
значительно снижает темновые токи ПЗС-прибора,
позволяя увеличивать время накопления
кадра до 5 мин. (при комнатной температуре
окружающего воздуха). Поскольку ПЗС-приборы
являются интегральными приемниками
излучения, увеличение времени накопления
приводит к росту чувствительности камеры.
Камера может функционировать в двух
режимах: формирование стандартного
телевизионного сигнала при времени
накопления 18.3 мс, а также в режиме
получения кадра с программируемым
временем накопления от 0.15 мс до 5 мин.
Управление режимом работы
осуществляется микроконтроллером на
базе PIC-процессора типа 16C84 фирмы MicroChip. По
последовательному каналу RS-232C
микроконтроллер принимает от
персонального компьютера команды и
управляет такими параметрами камеры, как
время накопления, коэффициент усиления,
уровень черного и степень гамма-коррекции
видеоусилителя. Видеосигнал с выхода
камеры по коаксиальному кабелю длиной до
100 м поступает либо на вход видеомонитора,
либо на блок ввода видеосигнала в
персональный компьютер.
Блок ввода видеосигнала содержит АЦП
типа AD876 фирмы Analog Devices и буферное ОЗУ
объемом 160 Кбайт. Блок подключается к
компьютеру как два 8-разрядных внешних
устройства через разъем системной
магистрали ISA. При скорости передачи по
магистрали ISA около 300 Кбайт/сек ввод
одного кадра занимает приблизительно 0.5
сек. Использование промышленных
устройств видеоввода типа VideoBlaster не
представляется возможным из-за
нестандартного характера видеосигнала
от камеры в режиме получения кадра с
программируемым временем накопления.
Программы:
Все системное и
прикладное программное обеспечение
комплекса (за исключением управляющих
программ микроконтроллеров)
функционирует на персональном
компьютере под управлением операционной
системы Windows 95.
Системное программное обеспечение (программы
управления аппаратной частью комплекса)
создано, в основном, в среде Microsoft Visual Basic
5.0. Драйверы внешних устройств написаны
на Borland Delphi 2.0 с использованием фрагментов
ассемблера i486 в защищенном режиме и
оформлены в виде библиотек DLL.
Прикладное программное обеспечение
состоит из следующих программ:
- программы расчета
эфемерид планет и Луны;
- программа расчета
моментов восхода и захода светил;
- программы расчета
моментов и хода солнечных и лунных
затмений;
- программа расчета
покрытий звезд Луной;
- программа расчета
эфемерид комет и астероидов по
известным элементам орбиты;
- программа расчета
элементов орбиты комет и астероидов по
координатам трех наблюдений;
- программа
преобразования координат;
- программы ведения
звездного каталога и построения
звездных карт и др.
Многооконный
графический интерфейс операционной
системы Microsoft Windows 95, ее многозадачность и
использование в программах механизма OLE
Automation делают исключительно удобной и
эффективной работу с комплексом. Так,
например, "перетаскивание" мышью
координат планеты из окна программы
расчета эфемерид на окно программы
управления приводом монтировки
автоматически вызывает наведение
объектива телескопа в заданную точку.
Другой пример - кадр из окна камеры через
буфер обмена можно перенести в любую
программу, поддерживающую графические
данные для последующей обработки, вывода
на печать и т.д.
Вот, например, как
выглядит рабочий стол Windows с активными
программами камеры и монтировки. На
заднем плане - окно SkyMap.
|