МОНТИРОВКА ТЕЛЕСКОПА
TELESCOPE MOUNT

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим поддержку трубы оптического телескопа, и позволяющим осуществлять наведение трубы на оптический объект ислежение за этим объектом.
Такие устройства, являющиеся штативами трубы и позволяющие навести трубу телескопа при помощи вращения ее вокруг двух осей на небесный объект, находящийся в любой точке видимой полусферы неба и удерживать его в поле зрения телескопа, компенсируя вращение Земли и если необходимо - собственное перемещение объекта по небу - называются монтировкой телескопа
Известны два основных типа монтировок, азимутальная и экваториальная. При азимутальной монтировке одна ось вращения A вертикальна, вторая Z - горизонтальная - ортогональна к оси A.
Азимутальная монтировка имеет ряд принципиальных недостатков:
- для компенсации вращения Земли при наблюдении небесных тел необходимо непрерывное вращение трубы одновременно вокруг двух осей с переменными во времени скоростями;
- при перемещении трубы происходит вращение поля зрения, что затрудняет точное измерение относительных положений нескольких объектов, одновременно находящихся в поле зрения телескопа, например искусственных спутников земли и звезд, относительно которых надо определить его координаты.
- зона около зенита диаметром 5-10 градусов дуги, недоступна для наблюдений, так как слежение за объектом невозможно из-за большой скорости движения телескопа по азимуту. В точке зенита эта скорость равна бесконечности.
Экваториальной монтировке не присущи перечисленные недостатки азимутальной монтировки. При экваториальной монтировке одна из осей телескопа (полярная ось Р) направлена на полюс мира. Для компенсации вращения Земли при наблюдении небесных тел вращают телескоп только вокруг этой оси, полярной оси, и притом с постоянной скоростью, равной один оборот за 24 часа. Вторая ось (ось склонений D) ортогональна полярной оси.
Наряду с очевидными преимуществами, экваториальная монтировка менее пригодна для быстрых поворотов трубы из-за больших динамических нагрузок на элементы монтировки и главное зеркало. Именно поэтому все крупные оптические телескопы мира делают с азимутальной монтировкой.
Известны технические решения экваториальных монтировок, раскрытых в патентах. US3951511, публикация 1976-04-20, US4400016, публикация 1983-08-23, US6639718 публикация 2003-10-28, WO 2009057163 публикация 2009-05-07. Все эти решения относятся к конструкциям монтировок небольших любительских телескопов.
Известно решение, сочетающее функции азимутальной и экваториальной монтировок.
В заявке JP2010049045, публикация 2010-03-04, раскрыта конструкция головки переносного штатива любительского телескопа. Труба 2 телескопа установлена на креплении 11 с возможностью реализации функций азимутального телескопа, вращения в горизонтальной и вертикальной плоскости. Крепление 11 установлено в опоре 12 с возможностью вращения вокруг вертикальной оси. Крепление 12 может поворачиваться на опорных катках 15 с помощью червячной передачи с колесом 16 и винтом 17.
Конструкция по заявке пригодна только для небольших любительских телескопов, не содержит возможности регулировки при изменении угла наклона полярной оси P, то есть монтировка может использоваться на одной географической широте.
Таким образом, имеется потребность в конструкции монтировки телескопов диаметром до 1,5 м, которая позволит работать телескопу как в азимутальном, так и в экваториальном режиме, с быстрой перестройкой из одного режима в другой и с возможностью слежения за объектами с высокой точностью.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание конструкции монтировки большого телескопа, которая позволяет быстро перестраиваться с азимутального в экваториальный режим, и обратно, при этом, в процессе быстрого наведения на объект, создавая минимальные динамические нагрузки на оптическую систему и всю конструкцию телескопа
Монтировка телескопа включает опору, устанавливаемую по меридиану места, на которой с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси и закрепления под углом к горизонту, равным географической широте места нахождения телескопа, установлена рама полярной оси, содержащая вал полярной оси, на котором закреплена вилка. При этом ось вращения вала полярной оси после установки монтировки телескопа направлена на полюс мира. Упомянутая вилка выполнена с возможностью ограниченного поворота вокруг упомянутого вала посредством двух линейных приводов, закрепленных по обеим сторонам вала между рамой и вилкой. На вилке подвешен телескоп, содержащий механизм поворота вокруг вертикальной оси A и механизм поворота вокруг горизонтальной оси Z. Основание телескопа содержит две полуоси, на которых телескоп подвешен к вилке, а упомянутая вилка жестко соединена с основанием телескопа посредством третьего линейного приводы.
Конструкция комбинированной монтировки телескопа совмещает в себе преимущества азимутальной и экваториальной монтировок. При этом переход от одного режима в другой происходит быстро, скорость перехода зависит только от инерции системы, а объект наблюдения остается в поле зрения телескопа. Такая конструкция монтировки телескопа позволяет:
- за счет поворота вокруг горизонтальной оси и закрепления в плоскости полярной оси рамы использовать телескоп на произвольных географических широтах северного и южного полушария;
- благодаря тому, что поворот осуществляется двумя линейными приводами, осуществлена разгрузка вилки и всей конструкции телескопа, что обеспечивает меньшие динамические нагрузки на оптическую систему и приводит к большей стабильности качества изображения;
- благодаря тому, что для поворота применяются линейные приводы, обеспечивается плавность и контролируемая точность поворота вилки монтировки и телескопа при работе в экваториальном режиме.
В рабочем положении упомянутый телескоп подвешен на вилке таким образом, что при горизонтальном положении оси вала поворота вилки вертикальная ось телескопа A направлена в зенит.
В частном случае выполнения монтировки телескопа вал поворота телескопа в упомянутой вилке выполнен вблизи центра тяжести телескопа в сборе, что позволяет сделать систему более уравновешенной. При этом первый и второй линейные приводы могут быть закреплены на раме полярной оси под точками подвески к вилке телескопа.
Вилка монтировки телескопа может быть выполнена с возможностью поворота вокруг упомянутого вала на угол не более ±8°, что обеспечивает в режиме экваториальной монтировки непрерывное наблюдение за объектом около часа.
В частном случае, третий линейный привод выполнен с возможностью жесткого скрепления основания телескопа с рамой при вертикальном положении оси телескопа, что позволяет быстро настраивать телескоп.
В частном случае выполнения монтировки между неподвижной опорой и рамой дополнительно установлены два линейных привода, обеспечивающие поворот и установку рамы в плоскости полярной оси Р.
Опора также может быть выполнена с возможностью ее поворота и закрепления вокруг вертикальной оси таким образом, чтобы вал полярной оси был расположен в плоскости меридиана. Все эти возможности позволяют быстро устанавливать и настраивать телескоп в новом месте.
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг.1 показана монтировка телескопа на виде спереди.
На Фиг.2 приведена монтировка телескопа на виде сбоку, без левой опоры.
На Фиг.3 - монтировка на виде сзади.
На Фиг.4 - вид монтировки в аксонометрии.
Монтировка телескопа включает опору 1, на которой на оси 3 установлена рама 2, содержащая вал полярной оси 4, на котором закреплена вилка 5. Между рамой 2 и вилкой 5 по обеим сторонам вала 4 установлены линейные приводы 6. На вилке 5 подвешен телескоп 7, содержащий механизм поворота (не показан) вокруг вертикальной оси А - 8 и механизм 9 поворота вокруг горизонтальной оси Z - 10. Основание 12 телескопа содержит две полуоси 11, на которых телескоп подвешен к вилке 5. Вилка 5 жестко соединена с основанием 12 телескопа посредством третьего линейного привода 14. Для поворота рамы 2 в плоскость меридиана между опорой 1 и рамой 2 установлены два линейных привода 15. Устройство 16 позволяет поворачивать вокруг вертикальной оси А. Опора в горизонте выставляется с помощью регулируемых по высоте подпятников 17. Телескоп с данной монтировкой снабжен искателем 13 и устройством управления, а также датчиками положения, передающими информацию устройству управления.
Конструкция монтировки позволяет производить поворот основания 12 азимутального телескопа вокруг горизонтальной оси Z, перпендикулярной направлению полярной оси Р, и выполнять жесткое скрепление основания 12 с рамой 2, расположенной по направлению полярной оси Р при вертикальном положении оси А. Ось поворота телескопа в вилке 5 проходит вблизи центра тяжести телескопа в сборе.
Конструкция монтировки позволяет подвешивать телескоп диаметром до 1,5 м.
Монтировка телескопа работает следующим образом.
Монтировка вместе с телескопом удобна для транспортировки и быстрой установки на новом месте. Опора 1 монтировки выставляется в горизонте с помощью подпятников 17. Опора 1 устанавливается в необходимое положение относительно меридиана места путем вращения вокруг вертикальной оси посредством устройства 16. Далее рама 2 выставляется с помощью линейных приводов 15 в рабочее положение. Наклон ее к горизонту должен быть равен географической широте места установки телескопа. После приведения оси А основания 12 телескопа в строго вертикальное рабочее положение вилка 5 жестко скрепляется с основанием 12 при помощи третьего линейного привода 15. Телескоп готов к работе.
Азимутальная монтировка преимущественно используется в процессе наведения телескопа на объект путем поворота трубы телескопа вокруг вертикальной оси А и горизонтальной оси Z.
Экваториальная монтировка преимущественно используется во время проведения измерения. Продолжительность работы телескопа в режиме экваториальной монтировки при выбранной величине угла α=±8° составляет 64 минуты.
Датчики угла поворота осей A, Z и Р, встроенные в приводы, регистрируют углы их поворота с ошибкой не более 0,5".
Телескоп с данной комбинированной монтировкой может эффективно использоваться для фундаментальных и прикладных исследований: слежения за искусственными спутниками, космическим мусором, а также изучения естественных небесных объектов любого типа, в том числе астероидов, сближающихся с Землей.