Гамильтон. Нужен ли он нам? / Hamilton. Poll.

Почему-то принято считать, что в области астрономической оптики для ЛА вс? уже давно придумано, и ничего нового создать уже невозможно. В связи с этим появление в конце 20-го века системы Клевцова внесло небольшой переполох в стан производителей и продавцов астрооптики, поскольку это появление несколько нарушало уже давно сложившийся баланс на рынке малых и средних телескопов. И поначалу данная система была встречена с настороженностью, как и все новое. Но, тем не менее, его очевидные преимущества (и прежде всего его несравнимая с другими системами компактность) очень скоро стали привлекательны для многих любителей астрономии, тех кто вынужден наблюдать в стесненных условиях или на выезде, и для кого габариты трубы поэтому имеют немаловажное значение. С другой стороны малогабаритная труба снижает требования к монтировке, поскольку уменьшается ветровая нагрузка из-за парусности трубы и других возмущающих моментов.
Но одновременно с этим у ряда потребителей (в том числе потенциальных) возникли претензии к тому факту, что труба Клевцова является открытой. И это отчасти справедливо, поскольку элементы оптики в открытой трубе подвержены прямому атмосферному воздействию ? на них оседает пыль и другие загрязняющие вещества в изобилии присутствующие в атмосфере, особенно городской. Это требует периодической разборки и чистки оптических элементов, и особенно главного зеркала (и соответственно последующей их сборки и юстировки). Еще один непременный атрибут открытой трубы ? это растяжки, крепящие узел вторичного зеркала, которые экранируют световой поток и вызывают повышенное светорассеяние.
В связи с этим у рядового потребителя возникает вполне понятное желание иметь закрытую трубу, чтобы избавиться от всех этих проблем. Существует, конечно, простой и логический выход из этого положения, который многие и используют ? самостоятельно закрыть трубу с помощью специальной пленки. Да, пленка помогает сохранить оптику в чистоте, но она отнюдь не улучшает качества изображения, вызывая хоть и небольшую, но его деградацию. И в связи с этим нам постоянно поступают предложения закрыть трубу Клевцова плоскопараллельной пластиной, на которой закрепить узел вторичного зеркала, избавившись тем самым от растяжек. Идея на первый взгляд вполне здравая, но в связи с этим возникает ряд серьезных замечаний. Ну, прежде всего, эта пластина должна быть достаточно толстой чтобы надежно закрепить довольно тяжелый блок корректора и при этом не деформироваться, и кроме того, требования к точности поверхностей этой пластины будут достаточно высоки, поскольку она стоит на входе системы и работает полной апертурой. Ну и плюс неизбежные потери на двух дополнительных поверхностях и в толще стекла?
Но главное не в этом, а в том, что поскольку стороны этой пластины все равно нужно будет обрабатывать с высокой точностью, то их с таким же успехом можно сделать не плоскими, а сферическими, и исправить, к примеру, сферическую аберрацию главного зеркала. А выкинув ненужный теперь мениск из узла корректора, мы придем, таким образом, все к той же системе Максутова!
А если же вместо сфер на поверхность этой пластины нанести асферику ? получаем Шмидт, со всеми его достоинствами и недостатками.
Почему мы не пошли по этому пути. Что касается Шмидта, то такой технологии в настоящее время просто нет на заводе, и только ради телескопов ее никто осваивать не будет. А МАК? Был у нас уже один МАК, а именно ТАЛ-3, диаметром 200 мм, 1/10. Но в связи с высокой себестоимостью связанной с изготовлением большого, тяжелого мениска с крутыми радиусами, в серию он так и не пошел.
Но ведь есть же и еще один путь. Еще в 1814 году английским оптиком Гамильтоном (Hamilton) была предложена система телескопа, представляющая собой комбинацию положительной линзы и зеркала Манжена: http://alice.as.arizona.edu/~rogerc/chapte...hapter%206.html



главным недостатком которой, в числе прочих, является неисправленный хроматизм увеличения:



Сам Гамильтон пытался устранить этот недостаток путем усложнения первого и второго компонентов:






Но как впоследствии выяснилось, этот недостаток гораздо эффективнее лечится с помощью близфокального корректора. Что в частности продемонстрировал Roger Ceragioli (по той же ссылке) предложив использовать в качестве корректора склейку из двух линз:







Из недостатков данного дизайна следует отметить факт применение трех сортов стекла и недоисправленный вторичный хроматизм увеличения.

Аналогичные расчеты, проведенные нами в свое время самостоятельно, показали, что существуют дальнейшие пути улучшения данной системы. В частности, в результате проведенной работы был найден такой дизайн трехкомпонентной системы, в которой используется только одна марка стекла (К8) и в которой исправлены абсолютно все аберрации. А достигается это с помощью близфокального корректора в виде одиночной собирающей линзы. И как показали последующие проведенные исследования, данная трехкомпонентная система обладает очень большим потенциалом, позволяющим получить системы с очень разными характеристиками, к примеру с относительным отверстием до 1:1 и с высоким уровнем коррекции аберраций, как на оси, так и по полю.

На основе данной схемы у нас в свое время был разработан целый ряд телескопов, информация о которых уже звучала ранее ? ТАЛ-90, ТАЛ-175 и др. но которые дальше чертежей, к сожалению, так и не пошли (в основном по политическим причинам).
Поэтому, учитывая этот печальный опыт, для проверки этой схемы ?вживую? нами был предложен самый малозатратный для завода вариант ? берется готовая труба идущего телескопа и в нее ?вписывается по месту? новая оптика. А для полного выявления потенциала этой новой схемы, механика была взята от ТАЛ-120. Вот под эту трубу и была разработана схема оптики описанная ниже.
Итак, из чего она состоит. На входе слабая положительная линза, работающая с относительным отверстием ~1/23. На другом конце трубы в существующей оправе закреплено зеркало Манжена. В отверстии первой линзы закреплена диагоналка Ф40 (от ТАЛ-2). И на месте бывшего корректора ТАЛ-120 помещен корректор в виде слабой положительной линзы.
Описываемая оптическая система имеет следующие характеристики: Апертура 130/40 мм (экранирование 0.31), фокусное расстояние 720 мм, относительное 1:5.5.



Итак, чем хороша эта схема. Ну, прежде всего мы имеем компактную закрытую, трубу. Абсолютно закрытую, позволяющую при желании иметь полностью герметизированный, газонаполненный объем.
Отсутствие растяжек.
Абсолютно защищенное главное зеркало, которое просто невозможно повредить, поскольку оно внутреннего отражения. Соответственно отсутствуют проблемы связанные с его старением и перепокрытием. Высокий коэффициент отражения этого зеркала 92-93%, при отсутствии светорассеяния на отражающей поверхности (чем обычно грешат многослойные зеркальные покрытия).
Но главное достоинство это качество изображения. В качестве иллюстрации привожу несколько графиков посчитанных для того же спектрального интервала, что и предыдущий аналог:





Наглядно видно, что практически по всему полю зрения все аберрации (в том числе хроматические) с запасом вписываются в диск Эйри.

Также необходимо отметить и практически полное исправление астигматизма, кривизны и дисторсии в пределах всего поля зрения:



К достоинствам данной системы необходимо также отнести довольно высокую устойчивость ее к различным разъюстировкам, поскольку в схеме отсутствуют крутые радиусы (из-за этого присутствующие в схеме линзы визуально трудно сразу отличить от плоскопараллельных пластин). Например, взаимные разъюстировки компонентов в пределах ?0.5 мм не приводят к каким-либо катастрофическим последствиям, что и было проверено на практике, поскольку все три компонента крепились в оправах жестко, без возможности какой-либо подвижки. Конечно, небольшая остаточная разъюстировка присутствовала, и некоторые опытные наблюдатели ее замечали, но на качестве изображения она практически не сказывалась. А качество было очень приличное, несмотря на отвратительные погодные условия в первую ночь Астрофеста (из-за дымки Сатурн невооруженным глазом был практически невиден!)

Так. Теперь о недостатках, действительных и мнимых. Ведь если эта схема так хороша, то почему ее не делают?! Почему не делали раньше это понятно ? в схеме шесть преломляющих поверхностей и при отсутствии просветления контраст будет никакой, да и блики замучают. В настоящее же время, при наличии высокоэффективных просветляющих покрытий, этот недостаток отпал. Примером может являться тот же Клевцов, который имеет те же 6 поверхностей стекло-воздух.
Другой явный недостаток это то, что отражающая поверхность зеркала Манжена должна выполняться в общем случае в 1.5 раза точнее, чем обычное зеркало. Но, во-первых, данный недостаток в какой то мере компенсируется тем фактом, что световой диаметр Манжена примерно на четверть меньше входной апертуры системы, следовательно и требование к точности его изготовления может быть несколько снижена. А во-вторых, одним из основных видов продукции НПЗ являются, как известно, приборы ночного видения, в которых очень широко применяются подобные Манжены, и для изготовления их у нас уже существуют отработанные технологии серийного производства.
Еще одним очевидным минусом данной схемы является наличие центрального экранирования. В принципе, это проблема тоже решаемая, и именно на основе развития схемы Гамильтона в свое время Шупман и создал свои пространственные схемы, свободные от центрального экранирования. Но это уже совсем другая история?

Вот такая интересная, противоречивая система, соединившая в себе многие характерные черты, как рефлекторов, так и рефракторов. И в связи с этим хотелось бы обратиться к уважаемым ЛА с просьбой высказать свое мнение: нужна ли нам такая схема, есть ли у нее будущее? Если нет, то почему? Если да, то в какой категории инструментов ее, по-вашему, лучше использовать: длиннофокусные планетники, или универсальные системы средней светосилы, или специализированные светосильные астрографы?

И что вы вообще думаете на этот счет?

То есть по типу схемы получаем прямого конкурента Мидовским ШН или нашим МН.
Только плюс один дополнительный оптический элемент (предфокальный компонент). ОПАЛ не под руками - трудно соориентироваться. А возникает куча вопросов.

(1) Насколько может быть близок к фокальной плоскости третий компонент? Не придется-ли из-за него делать слишком большим вынос фокуса? Это заставит увеличивать размер диагоналки, а при большом относительном отверстии чревато слишком уж большим экранированием.

(2) Что там с кривизной? астигматизмом? Потянет без дополнительных линз хотя бы кропнутый цифрозеркальный кадр с пятном аберраций 9-12 мкм?

(3) Как это счастье юстировать? Уповать на неразъюстируемый аппарат нельзя. Второй компонент ЛА еще и установит помня Ньютоновский опыт, а вот предфокальный компонент и особенно переднюю линзу?..

(4) Изменение длины трубы и фокуса Манжена из-за перепадов температур не будет постоянно сбивать аберрационную коррекцию?

(5) Вторая пов. первой линзы не плоская-ли? Это не очень хорошо. В режиме астрофото может давать блики отраженные от приемника.

Дороговат будет в производстве - два полноапертурных линзовых элемента - считай себестоимость объектива рефрактора.

Для планетника с апертурой примерно 150 мм, придется делать довольно габаритную трубу под относительное отверстие хотя бы 1:6 - больше нельзя, окуляры не потянут.

Наверное, лучше эту же апертуру вытаскивать 1:4 под астрофото 15х22 (а лучше под полный кадр - пока запустите в серию уже будут полнокадровые цифровики) с еще остающейся возможнотью повизуалить.

Успехов. Вам и вашему "Гамильтону"

IMHO:Исходя из достоинств данной схемы, вывод напрашивается сам собой: светосильный астрограф (большинство наверное так и проголосуют).

Относительное отверстие в районе 1:2,8-1:3,5. При такой светосиле менисковые системы уже ?отдыхают?, а камеры Шмидта имеют большую асферичность коррекционной пластины (пропорциональна кубу относительного отверстия).

Планетник тоже было бы хорошо, но если он будет на 20-30% дешевле соответствующего Мак-Ньютона.

И ещ? помоему, это будет тяжеловатый инструмент, так как треть рефрактора плюс полноценный рефлектор, дадут по весу многовато. правдо если ограничиться диаметром 120-130, это будет ещ? приемлемо, а при больших апертурах ИМХО будет тяжеловато...

Из анализа первых ответов складывается впечатление, что ответившие, похоже, связывают возможное воплощение данной схемы только с Ньютоном. Это совершенно неверно! Представленная труба это был просто один из примеров возможной реализации. Ведь еще одним достоинством данной схемы является то, что она в силу своей гибкости может легко принимать любой ?облик?! К примеру, можно сделать Гамильтон-Кассегрен в габаритах существующего Клевцова. А если дело дойдет до фотографического Гамильтона, то его только в таком виде и надо будет делать. Но надо понимать, что это будет уже совсем не визуальный инструмент, поскольку инструмент с относительным отверстием порядка 1:3 будет обладать весьма характерными особенностями, типа: большого ЦЭ, малого выноса фокуса, и уже какими-то компромиссами по качеству изображения.

Эрнесту
1. Положение корректора некритично. В разрабатываемых реализациях оно определяется механикой.
2. Я же выше не зря приводил графики астигматизма. Потянет и полноразмерный кадр. Поля в данной схеме ограничиваются только виньетированием.
3. Естественно, в серийном варианте трубы должны быть (и будут) юстировочные подвижки всех компонентов. А представленная труба не зря называется макетом?
4. Термоаберрационные эффекты зависят от конкретного способа реализации конструкции и вполне могут быть приняты во внимание на этапе расчета.
5. В существующей реализации это двояковыпуклая линза с одинаковыми радиусами кривизны.


А по массе он будет никак не тяжелее соответствующего МАКа.

Вначале вопрос. Анатолий, каков фактор компрессии на окулярном корректоре?
Теперь давайте смотреть достоинства/недостатки с т.з. потребителя.
(+)
1) Потенциально очень высокая светосила.
2) Большое, плоское и качественное поле.
3) Компактная труба (как следствие 1).
4) Закрытая труба.
5) Я, конечно, не видел таблицу влияний, но видимо низкая чувствительность к разъюстировке.
6) Защищенное ГЗ (диагоналка, конечно, сильно умаляет это достоинство).

(-)
1) Большое ЦЭ (следствие +1, +2).
2) Малый вынос фокуса.
3) ? Относительно невысокое светопропускание.
4) ? Возможное бликование.
5) При больших апертурах непонятки с термостабилизацией.
6) Как следствие -2 и наличия корректора в фокусере - возможны ограничения по использованию некоторых аксессуаров.

Резюмэ: Планетником тут даже не пахнет. Спрос на универсальный инструмент по такой схеме с относительным 1/5-1/6 будет формироваться соотношением цен с трубой аналогичного Ньютона. Вывод ? однозначно широкоугольный светосильный (от 1\4 и выше) астрограф апертурой 100-150мм - потребуется низкопрофильный 2" фокусер (приемлемые по цене аналоги на рынке на мой взгляд отсутствуют). Возможен также сверхкомпактный светосильный походный инструмент. Причем и то и другое только в модификации с Ньютоновским зеркалом.
Про это чуть подробнее.

Категорически не согласен. Применение кассегреновского зеркала в классическом виде не только убьет все достоинства, но и усугубит недостатки.
Светосила и поле существенно уменьшатся, ЦЭ и виньетирование возрастут. Необходимость применения компонентов большей оптической силы ухудшат аберрационную коррекцию (вместо трехкратного последовательного увеличения сходимости пучка будет знакопеременное).
Можно конечно поэкспериментировать с зеркалом Нэсмита или с промежуточной фокальной плоскостью и объективом переноса, но все это крайне сомнительно.
(Отступление: правда видимо последний корректор можно будет перенести на вторичку и сделать схему линза-манжен-манжен, но особых преимуществ я тут тоже не вижу).

Навскидку для широкоугольника передний радиус должен быть вроде значительно круче второго, но т.к. схему не считал ? не настаиваю. Да еще и технологически сложнее.

А что касается планетника, то было бы крайне интересно прикинуть возможность создания чего-то брахитообразного по такой схеме. Потенциально крайне высокая светосила, хорошо исправленные аберрации наклонных пучков, только сферические поверхности в схеме, позволяют надеяться на интересные результаты на светосилах типа 1\8, а если удастся из геометрических соображений еще и поломать ось, то инструмент будет еще и относительно компактный. Вопрос только насколько реально сделать компоненты с заданной клиновидностью, и проще ли это сделать, чем, к примеру, внеосевой параболоид . Была бы бомба ? Эх, мечты-мечты?

Посмотрел анализ по паре вариантов этой схемы 1:6 и 1:2.8 на апертуру 150 мм.

Оба по остаточным аберрациям можно считать "нулевыми" - небольшой вторичный спектр и сферохроматизм на оси и пренебрежимо малый астигматизм по полю. Дифракционная ЧКХ по всему полю. Чувствительность к погрешностям производства, которые вызывают осесимметричные аберрации, низка.

Ошибки децентрировки в варианте 1:6 не выглядят угрожающими (порядка 0.1-0.3 мм биения, децентрировки проч. игра в радиальных зазорах). В варианте 1:2.8 допуски на центрировку в оправах и децентрировки оправ становятся уже весьма жесткими (порядка 0.03-0.05 мм). Не думаю, что их будет легко контроллировать - надо будет делать довольно жесткую и как следствие тяжелую конструкцию.

Самое неприятное, что прифокусный положительный компонент не удается придвинуть достаточно близко к фокальной плоскости. Вариант Ньютоновской компановки получается очень неприятным по габаритам.

А кассегреновский фокус добавит, мне кажется, к известным недостаткам зеркально-линзовых кассегренов еще и проблемы манжена, трудности со светозащитой светосильным кассегренов.

К слову, схема известная в обоих вариантах компоновки. Упоминается, если мне не изменяет память, в "синем" Слюсареве.

Удачи в поисках успешной габаритной схемы.

В таком случае ихмо на Кассегрены и надо делать упор. Пара-тройка астрографов и мощный планетник на основе ТАЛ-250К.

Мне вот идея пришла в голову, если трубу сделать герметичной и газонаполненной как писал выше уважаемый Agas, то для охлаждения телескопа вполне можно использовать систему автоматического, активного охлаждения на основе элемента Пелтье. В не герметичных трубах типа МК и ШК и т. д. этот номер не проходит из-за опасности залить оптику конденсатом. В данном случае приличный по размеру телескоп можно охладить достаточно быстро. Вынес на улицу подождал немного и наблюдай с дифракционным качеством, если конечно атмосфера позволяет.

Здравствуйте!
Делать планетник из этой схемы ИМХО надо в тех пределах апертуры,куда уже не могут заползти рефракторы.Кстати а центральное экранирование не будет сильно влиять на контраст и какое оно?А так учитывая достоинства этой системы надо делать светосильные астрографы.
Удачи!

Михаил, надо забацать вот такую аццкую сотону - на астрофесте будет точно бомба покруче зеркального райта.
300 1:2 задиафрагмированный до 100 1:6.

Прошу прощения, уважаемые оптики, за мнение дилетанта (и это слабо сказано ). Чисто коммерческое соображение.
На мой взгляд нужно производить трубы в двух модификациях: светосильный астрограф и труба с умеренным отверстием 1:5- 1:8 ( ? ).
Светосильный астрограф, потому что позволит использовать рекордные в любительской оптике относительные отверстия. Но, по крайней мере в нашей стране (за рубежем такой астрограф будет востебован однозначно), людей имеющих возможность позволить себе удовольствие заниматься астрофотографией не так много, по сравнению с многочисленной армией визуальщиков. Поэтому следует производить так же и визуальные инструменты. Желательно светосилу побольше. Т.к. для планет уже рефракторы и МАКи есть.
С уважением.

Трудно сказать что-то конкретное насчет универсального телескопа, но в качестве
астрографа или длиннофокусного планетника ниша для Гамильтона найтись должна,
особенно если у нового телескопа апертура будет не меньше 15см (чтоб избежать
прямой конкуренции с небольшими рефракторами).

Меня бы например очень и очень заинтресовал телескоп подобный примеру из статьи
R. Ceragioli (диаметр 150mm, 1:17 относительное отверстие, труба длиной 120см,
ц.э. в 10%). Для многих наблюдений такой телескоп будет иметь слишком маленькое
поле зрения, но если несколько уменьшить фокусное расстояние (но так чтобы ц.э. не
превышало магические 20%) то можно было бы получить очень интересный и почти
универсальный телескоп с уклоном в сторону планет и двойных звезд. Угол зрения
будет небольшим, но для многих это не существенно, в то время как качество
изображения, длинный фокус и маленькое ц.э. важны. Такой телескоп бы выгодно
отличался от ахроматических рефракторов меньшими размерами, ценой
от апохроматических и меньшим ц.э. от различных вариаций Кассегрейна.
Главными конкурентом бы стали телескопы Максутова-Ньютона, от которых легко
не отмахнешься, уж больно они хороши, но возможно что тут Гамильтон мог бы
выиграть будучи более легким или дешевым или менее капразными по поводу
перепадов температуры.

В целом, я думаю что можно смело сказать что при удачной компоновке и хорошем
исполнении Гамильтон будет востребован любителями астрономии (если НПЗ выпустит
планетник то я буду в списке первых покупателей), но без конкуренции с уже
имеющимися телескопами ему не обойтись. Учитывая что с оптикой у Гамильтона
все благополучно главным вопросом будет решение проблем связанных с
юстировкой и охлаждением.

Алексей, ну что-то вроде этого я и имел в виду, только диаметр диафрагмы можно наверное до 40% увеличить. Проблема только в технологии. Изготовление нескольких таких надрезанных зеркал из большой заготовки это аматерское решение. Серийно выгодно такое производить только индивидуально особенно на интересных апертурах 150-200мм (для присвоения звания АПО-киллеров ), вопрос - насколько это сложно.
С точки зрения компоновки, наверное лучше расположить Ньютоновское зеркало вблизи фок плоскости за пределами основной трубы и пустить пучек через трубу перпендикулярно оси трубы. Это позволит несколько укоротить трубу, уравновесить окулярный узел и применять стандартные фокусеры для Ньютонов. Т.к. предназначение - планетник, то относительное отверстие (снизу) будет ограничиваться только габаритами трубы.

Чем Вас не устраивает ТАЛ150П8?

В данном случае 1.28х.

Ну почему же? А если у этой схемы будет коррекция не хуже чем у суперАПО? А стоимость несравненно меньше!
А центральное экранирование при относительном 1/12 - 1/15 будет порядка 0.22.

Да, Леша, на бумаге то оно красиво получается - а вот как это делать, да еще серийно?

Для визуального инструмента излишне большая светосила тоже не желательна. Поскольку далеко не все окуляры нормально работают с относительным отверстием больше 1/4.

Так я же и говорю. Подобные схемы применительно к ПНВ у нас используются уже лет 30-40 и прекрасно себя зарекомендовали. Вот я и подумал, почему бы их ни использовать для нужд ЛА? На бумаге все вроде хорошо, но пока все никак не удавалось сделать реальный образец - посмотреть, как это будет выглядеть в натуре. А вот теперь, когда посмотрели и убедились что все нормально, и встал вопрос - куда двигаться дальше. В какую сторону податься? Пока по ходу опроса можно видеть, что пока перевес в сторону астрографа.