Маленькая легенда. Школьные менисковые телескопы Д.Д. Максутова. Часть 2.

Автор статьи — Игорь Розивика.
Все права на текст и иллюстрации принадлежат её автору.
(Если не указано иное!)
PDF-версия статьи доступна ПО ССЫЛКЕ

Материал опубликован на сайте star-hunter.ru
по личной просьбе Алексея Пецыка,
любителя астрономии из Москвы.
Первая часть статьи доступна по ссылке.

“Маленькая легенда”,
“Большой миф”
и суровая реальность… 

ОПТИЧЕСКОЕ ДОПОЛНЕНИЕ
или
ЧАСТЬ ВТОРАЯ

УШТ/ТМШ: “танцы с бубном” вокруг оптики

Игорь Розивика

Я памятник воздвиг себе нерукотворный…

А.Пушкин, “Exegi monumentum”

Перелистывая страницы книги Г.В.Погарева [1] с описанием процесса юстировки ТМШ, можно натолкнуться на довольно неожиданные для специальной литературы оценки оптического качества этого телескопа: “…почти идеальное качество изображения”, “практический предел разрешения лишь на 10 % ниже” теоретического… (см. Рис.1).

Рис.1 Страница книги [1] с описанием ТМШ.
Рис.1 Страница книги [1] с описанием ТМШ.

Интересно, что многими наблюдателями отмечался хорошо заметный хроматизм изображения у этого телескопа, а кое-кто находил и признаки остаточной сферической аберрации. Между тем, давно известно, что система Максутова мало того, что полностью ахроматична, в ней также отлично исправляется и сферическая аберрация; следовательно, и с разрешением должен был полный порядок. Тогда откуда было взяться таким оценкам? Или с этим телескопом что-то не так?..

Рассеять возникшие сомнения можно было лишь одним способом – “прогнать” конструктивные элементы оптики ТМШ через расчётную оптическую программу. Однако, найти их оказалось очень непростым делом. Заводской документации на оптическую систему ТМШ сегодня нет уже нигде! Неудивительно – ведь их выпуск прекратился полвека назад! Разве что какие-то следы ещё могут отыскаться в глубинах архивов ЛОМО, но вот выудить их оттуда сегодня уже не представляется возможным!

Совершенно неожиданным образом исходные расчётные параметры оптики ТМШ обнаружились у Эдуарда Тригубова. В его обширном собрании документов о жизни и деятельности Д.Д.Максутова нашёлся “автограф” автора менисковых систем с собственноручно выписанными им конструктивными данными оптической системы телескопов ТМШ, на тот момент уже полным ходом выпускавшихся заводом.

Эдуард любезно согласился поделиться этой информацией, за что ему отдельная персональная благодарность! Осталось лишь воспользоваться оптической программой для оценки остаточных аберраций системы. И сразу же договориться, что, поскольку коррекция полевых аберраций – комы и астигматизма – в этой схеме менискового Кассегрена невозможна в принципе, волновые аберрации оптических систем далее везде будут приводиться только для центра поля зрения, на оптической оси (по полю же – что получится, то и наше…).

Ввиду того, что параметры мениска оставались неизменными на протяжении всего времени серийного производства УШТ/ТМШ, сегодня можно попытаться восстановить степень исходной аберрационной коррекции обоих типов школьных менисковых телескопов, а заодно и выяснить что было исходно заложено Максутовым в этот расчёт.

Итак, объектив “Упрощенного Школьного Телескопа” (УШТ) с параметрами мениска и зеркала, выписанными ещё рукой Д.Д.Максутова:

Рис.2 График остаточных волновых аберраций объектива телескопа УШТ. Здесь и далее: кривая красного цвета (0) – для основной длины волны – линии е; серого (2) и зелёного (1) цветов – для дополнительных длин волн – линий C’ и F’. Снизу приведены конструктивные элементы системы с указанием её фокусного расстояния F’ и заднего отрезка s’F’ (расстояния от вторичного зеркала до фокуса).
Рис.2 График остаточных волновых аберраций объектива телескопа УШТ. Здесь и далее: кривая красного цвета (0) – для основной длины волны – линии е; серого (2) и зелёного (1) цветов – для дополнительных длин волн – линий C’ и F’. Снизу приведены конструктивные элементы системы с указанием её фокусного расстояния F’ и заднего отрезка s’F’ (расстояния от вторичного зеркала до фокуса).

Как видно из графика, окончательная расчётная коррекция аберраций системы, заложенная Максутовым в УШТ, оказалась очень далека от идеальной. При отличном исправлении сферической аберрации (её величина около 0.1 λ; здесь и далее λ – длина волны света), хроматизм, вносимый мениском – порядка 1 λ!

И это было передано для серийного производства на завод?! Жуть! Получается, что мениск, применённый Максутовым в этой системе – не ахроматический (как говорится, “и рядом не лежал”)! И хроматизм системы, соответственно – не был исправлен изначально!

Осталось лишь спросить – а почему?..

Дополнение 1

Как оценивать графики остаточных аберраций объективов

Величина волновой аберрации в длинах волн отсчитывается по оси абсцисс (ось X). В данном случае (Рис.2) цена одного деления оси 0.2 λ.
Остаточная сферическая аберрация определяется величиной изгиба красной кривой на графике (от минимума слева до максимума справа). Здесь её значение имеет величину около 0.1 λ.
Хроматизм на графике проявляется как расстояние между крайними кривыми разных цветов. Максимальной величины он достигает на краю зрачка (в верхней точке графика). Между зелёной и серой кривыми там «набегает» около 1 λ.
Общий размах остаточной аберрации оценивается как расстояние между крайней левой точкой и крайней правой точкой кривых графика. Здесь он лишь чуть превышает 1 λ.

Наиболее вероятными причинами отказа Д.Д.Максутовым от использования в УШТ ахроматического мениска позднее назывались две:

  1. Планировавшееся поначалу упрощение и удешевление производства за счёт использования в системе концентрического мениска, пусть и ценой вносимого им значительного хроматизма.
  2. Коррекционных возможностей именно ахроматического мениска первоначально не хватало для полной компенсации сферической аберрации системы из двух зеркал (дословно: “…в случае ахроматического мениска «зональная» сферическая аберрация значительно превышала допуск Рэлея” [2]).

Однако, оба этих утверждения в итоге оказались несостоятельными. Первое – по той причине, что в реальных УШТ/ТМШ мениски не только не ахроматические, но и не концентрические! Поэтому ни о каком итоговом удешевлении не могло быть и речи. А второе… Как будет показано ниже, “оптимальная” система ТМШ вполне осуществима и с ахроматическим мениском, причём она получается действительно “первоклассной” (“первоклассными” Д.Д.Максутов считал системы, в которых остаточные аберрации не превышают λ/4 или, другими словами, упомянутого “допуска Рэлея”).

Почему автор менисковых систем сразу не использовал в УШТ/ТМШ основное их преимуществоахроматический мениск – остаётся загадкой и поныне…

 

Дополнение 2

О различных типах менисков

Концентрический мениск. В ряду менисков он “стоит особнячком” и отличается от всех остальных тем, что имеет постоянную и одинаковую толщину в любой точке. Если представить себе огромный “мыльный пузырь” с толстой прозрачной стеклянной стенкой, то любой круглый вырезанный фрагмент этой стенки и будет представлять собой концентрический мениск. Его существенно проще изготовить, чем любой другой, легче проконтролировать, а затем и отъюстировать в оптической системе. К сожалению, он вносит в систему значительный хроматизм.
Ахроматический мениск. Второй “выдающийся” представитель “менискового рода-племени”. Несмотря на все трудности и неудобства, связанные с изготовлением и использованием такого мениска, примириться с ними заставляют его ахроматичность и вносимая им “положительная” сферическая аберрация. Она позволяет успешно скомпенсировать “отрицательную” сферическую аберрацию системы зеркал. Именно по этой причине ахроматический мениск и стал основой изобретённых Д.Д.Максутовым менисковых систем, с тех пор носящих его имя.

В общем и целом ситуация прояснилась, однако, рассчитанная Максутовым система, даже в таком “неоптимальном” виде, заводом изготовлена быть не могла. Дело в том, что радиусы кривизны оптических деталей заводского изготовления отнюдь не произвольны. В подавляющем большинстве случаев они соответствуют некоторому ряду значений, регламентированных стандартом [3]. На заводе по вычисленным Максутовым значениям радиусов подобрали “пробные стёкла” ближайших имеющихся у них в наличии радиусов из стандартного ряда, и в итоге уже подготовленная к производству “заводская” система стала иметь совершенно иные (хотя и весьма близкие) параметры.

Дополнение 3

О “пробных стёклах”

При изготовлении оптических деталей, как и любых других, заводами используется специальный контрольный инструмент для проверки их качества. Чаще всего это “пробные стёкла” – круглые стеклянные пластины с наполированными на одной из сторон образцовыми сферическими поверхностями строго определённого радиуса кривизны. Если наложить такое стекло на изготавливаемую линзу (они должны быть при этом “разного знака” – вогнутое стекло накладывается на выпуклую деталь, и наоборот), то при равенстве радиусов обеих полированных поверхностей возникает интерференционная картинка (кольца Ньютона), по виду которой можно судить об отклонениях как формы поверхности от сферы, так и её радиуса от номинала.
“Пробные стёкла” – довольно “дорогое удовольствие”, поэтому набор их радиусов ограничен значениями ряда ГОСТ. Да и то, не на каждом оптическом предприятии имеется весь набор того или иного ряда. При расчётах новых оптических систем стараются использовать радиусы уже имеющихся на заводе “пробных стёкол”, чтобы не заниматься длительным и дорогостоящим изготовлением новых.

Рис.3 Схема контроля линз «пробным стеклом» (слева вверху) и вид получающейся интерференционной картинки (слева внизу). «Кольца Ньютона» в зазоре между плоскими поверхностями наложенных друг на друга двух плоско-выпуклых конденсорных линз (фото справа).
Рис.3 Схема контроля линз «пробным стеклом» (слева вверху) и вид получающейся интерференционной картинки (слева внизу). «Кольца Ньютона» в зазоре между плоскими поверхностями наложенных друг на друга двух плоско-выпуклых конденсорных линз (фото справа).

Вообще-то, в подобных случаях расчётчик обычно производит повторный пересчёт параметров системы с учётом ставших ему известными заводских значений радиусов, пытаясь максимально возможно сохранить первоначальную аберрационную коррекцию, поскольку при новых радиусах она в большинстве случаев “разваливается”. По какой-то непонятной причине здесь этого сделано не было. Радиусы просто заменили ближайшими и сочли, что дальше всё будет в порядке и без пересчёта. И последствия такого решения не заставили себя долго ждать…

Рис.4 Авторский рисунок Эдуарда Тригубова с обмерами ТМШ.
Рис.4 Авторский рисунок Эдуарда Тригубова с обмерами ТМШ.

Поскольку заводской документации на оптику найти так и не удалось, узнать значения реально изготовленных радиусов мениска и зеркала сегодня возможно, лишь измерив их. И эти данные нашлись у Эдуарда Тригубова, в начале 2000-х годов с максимально возможными точностью и аккуратностью обмерившего оптику ТМШ, изготовленного на заводе “Русские самоцветы” в 1957 году. Несмотря на то, что на сегодня это самые профессионально выполненные измерения из всех доступных (пусть даже и содержащие в себе некоторые погрешности), они не совпали полностью, но оказались очень близки к значениям радиусов ГОСТ.

Рис.5 Фрагменты страниц [3] со значениями ряда числовых значений радиусов.
Рис.5 Фрагменты страниц [3] со значениями ряда числовых значений радиусов.

Взаимное соответствие всех упомянутых выше радиусов оказалось следующим:

Таблица 1

Rрасчётн. Rизмер. способ измерения RГОСТ
R90.49 R90.35 сферометр ИЗС-7 R90.36
R96.17 R96.31 сферометр ИЗС-7 R96.38
R336.3 R337 автоколлимация R337.3

Разница между расчётными и измеренными радиусами весьма заметна, из чего и можно сделать вывод о том, что повторного пересчёта конструктивных параметров ТМШ под реальные заводские радиусы не производилось. Косвенно об этом свидетельствует и не изменившееся значение толщины мениска – расчётное (см. Рис.2) было 8.05 мм; реальное, с учётом допуска на изготовление, укладывается в 8.05±0.05 мм (см. Рис.4). Обычно при пересчёте системы коррекцию пытаются сохранить именно за счёт небольших изменений толщин – радиусы-то уже фиксированы…

Поскольку реально использовавшийся при изготовлении мениска и зеркала набор радиусов пробных стёкол сегодня неизвестен, во всех дальнейших расчётах использовались ближайшие к измеренным радиусы по ГОСТ.

Вполне возможно, что этот набор применялся лишь при изготовлении ТМШ на “Русских самоцветах”, а на НПЗ, ГОМЗ и заводе “КИНАП” использовались другие, близкие к этим, значения радиусов… К сожалению, измеренных параметров оптики, производившейся на этих заводах, сегодня не найти! Но и впоследствии, при дальнейшем уточнении всего применявшегося набора радиусов, результаты просчётов, если и изменятся в ту или иную сторону, то уже не радикально. Лучшим, чем заложенное максутовским расчётом, качество системы точно уже не станет. Мениск в ней как был, так и останется не ахроматическим.

Толщина мениска при дальнейшем анализе принята равной измеренным 8.1 мм.

Стекло мениска оказалось самым ходовым в нашей промышленности – марки К8.

Что нам ещё дополнительно известно о школьном менисковом телескопе?

Что его расчётное относительное отверстие составляло 1:10 при фокусном расстоянии 703.7 мм. Именно это значение указано в Свидетельстве на ТМШ, в полном соответствии (с округлением “до десятых”, по всем правилам математики!) с результатом того самого, “первого” расчёта Максутова для УШТ (см. Рис.2). Причём, вычислено оно было для линии D, основной линии спектра для расчётов в те годы (в наше время все вычисления производятся для линии e).

Этого набора исходных данных оказалось вполне достаточно для окончательного определения параметров уже реальной системы.

Имеются все данные о мениске и зеркале, а также расчётное фокусное расстояние системы. Оптическая программа выдаёт единственно возможное решение (сводка параметров приведена на Рис.6 слева, под графиком аберраций), при котором расстояние между мениском и зеркалом составляет 137.11 мм; при этом фокальная плоскость объектива телескопа располагается на расстоянии всего 21.5 мм позади вершины ГЗ (главного зеркала)! Т.е. вынос фокуса за пределы трубы (вынос фокуса определяется как разность между задним отрезком системы s’F’ и расстоянием d2 между мениском и ГЗ) оказывается очень малым – фокальная плоскость едва выступает за пределы оправы ГЗ – и окуляр приходится располагать вплотную к трубе (см. Рис.7). С чем мы и сталкиваемся в обоих версиях УШТ с одним окуляром и в самых первых ТМШ с двумя окулярами на поворотной планке. Реальные обмеры трубы УШТ (в том числе и примерное положение фокальной плоскости), приведённые, например, в одном из сообщений Астрофорума, лишь подтверждают этот вывод.

Фото 256 Рис.6 Графики остаточных аберраций
Рис.6 Графики остаточных аберраций “реального” объектива телескопа УШТ (слева), обычного двухлинзового ахромата 70 мм, 1:10 (посередине) и “перерасчёта” объектива УШТ с увеличенной толщиной мениска (справа).

А насколько при этом изменилось исходное оптическое качество системы?

Анализ выдал следующие расчётные значения остаточных аберраций УШТ с “реальными” радиусами (график на Рис.6 слева):

– остаточная сферическая аберрация – 0.45 λ;

– хроматизм – 1.3 λ;

– общий размах остаточной аберрации – 1.6 λ.

Разумеется, никаким “дифракционным качеством” (или же “первоклассностью”) здесь и “не пахнет”. Более того, хроматизм системы просто “зашкаливает” – почти в полтора раза превышает остаточный хроматизм аналогичного по параметрам обычного двухлинзового ахромата (средний график на Рис.6, для сравнения).

Если же сопоставить графики аберраций “реальной” системы УШТ и исходного расчёта Максутова (см. Рис.2), можно увидеть к чему в итоге привёл бесконтрольный переход от расчётных радиусов к заводским значениям. Остаточная сферическая аберрация выросла почти в 5 раз, хроматизм увеличился на треть, а общий размах остаточной аберрации – почти в полтора раза! Настоящая катастрофа…

Известно ли было Д.Д.Максутову о сверхчувствительности менисковых систем к изменению значений радиусов мениска? С его-то обширным расчётным опытом и профессиональным чутьём – несомненно! А возможно ли было хоть что-то предпринять для существенного улучшения буквально на глазах “развалившегося” качества системы? В принципе, да, хотя всё и складывалось на тот момент довольно непросто. По большому счёту, нужно было срочно “спасать систему” – возвращаться к началу и менять весь конструктив оптики полностью – все три радиуса кривизны – но, прежде всего, сделать мениск ахроматическим! Правда, это грозило остановкой производства, переделкой всей технологической оснастки, инструмента – а в случае серийного производства это гигантские затраты и времени, и средств! Вряд ли завод согласился бы на такое.

Однако, существовал и практически “безболезненный” способ значительного улучшения качества системы, но которым Максутов так и не воспользовался. Почему – ещё одна загадка! А способ-то – проще не придумаешь! Достаточно было лишь увеличить толщину мениска примерно до 9.3 мм, сохранив его заводские радиусы кривизны (и этим хотя бы немного приблизив мениск к ахроматическому)! Позвонить на завод и сказать: “Ребята, с вашими новыми радиусами мениска просто делайте его толще!” И всё! Остаточная сферическая аберрация сразу вернулась бы к допустимым 0.2 λ, а хроматизм даже уменьшился бы до 0.7 λ (см. график на Рис.6 справа).

Разница – почти в 2.5 раза! И вообще без каких-либо дополнительных затрат… Даром! А уж как был бы рад завод – и словами не передать. Допуск на толщину мениска, который в большинстве менисковых систем обычно измеряется сотыми долями миллиметра, вдруг расширяется аж до миллиметра с лишним! Теперь становится вполне допустимым делать мениск толщиной 9.3‑1.2 мм. И система при любой из толщин этого диапазона окажется лучше прежней.

Это, кстати, и есть результат того самого “пересчёта параметров системы под ставшие известными заводские значения радиусов пробных стёкол”, но только уже нынешнего, сделанного сегодня, для примера. Пересчёта с новой толщиной мениска, которая в какой-то степени компенсирует отклонения заводских радиусов от расчётных…

Но, увы, даже это тогда “не прокатило”. А жаль!

Так или иначе, но заложенный окончательным расчётом хроматизм мениска в системе остался, и с ним теперь предстояло как-то жить! Максутов так и не решился изменить параметры объектива (мениска и зеркала), поначалу попытавшись скомпенсировать его хроматизм противоположным по величине хроматизмом единственного окуляра. Для чего он специально досчитал к системе компенсационный окуляр типа Гюйгенса.

Рис.7
Рис.7 “Компенсационный” окуляр Гюйгенса первой версии телескопа УШТ (фото: Алексей Пецык).

Вот так и родился УШТ‑1. В не до конца понятных “муках”; в виде странного симбиоза изначально страдавшего хроматизмом объектива и затем компенсирующего этот хроматизм специального окуляра.

Ну чем не ещё одно проявление нашего извечного, бездумного подхода: сначала создаём себе “на ровном месте” проблему, а затем “весело, закатав рукава”, начинаем всеми доступными средствами её “разруливать”!

По мнению наблюдателей, смотревших в этот аппарат, изображение в нём страдало жуткой подушкообразной дисторсией, а крайне малое удаление выходного зрачка и очень неудобный наглазник дополнительно ограничивали и без того небольшое поле зрения прибора. О наблюдении околозенитной (и всегда самой интересной) части неба вообще речи не шло!

Таким образом, компенсационный окуляр получился крайне неудачным в использовании. А самое противное – его нельзя было заменить никаким другим!

Похоже, что, столкнувшись с этими проблемами уже в первой партии телескопов, Новосибирский завод “своей властью” всё же заменил окуляр на более подходящий и удобный – системы Кельнера (взяв готовый, от какого-то своего прибора, с близким фокусом). Вместе с этой заменой (а также изменившимся к тому времени общим конструктивом) “ушли в небытие” и былые прелести компенсации (новый окуляр, как и большинство своих собратьев, был прилично исправлен в отношении всех аберраций). В итоге же вторая версия телескопа (назовём её УШТ‑2) страдала уже не только от заметной сферической аберрации, но и от ничем более не компенсированного хроматизма.

Рис.8  УШТ-1 vs УШТ-2.
Рис.8  УШТ-1 vs УШТ-2.

Этот же конструктив оптики, вместе с переводом производства телескопов в Ленинград (на “Русские самоцветы”), позднее “перекочевал” и в ТМШ (правда, в комплект ТМШ вошло уже два окуляра, но они обладали той же, типовой коррекцией аберраций).

В 50-е годы Максутов, похоже, созрел-таки на перерасчёт системы, попытавшись путём некоторого уменьшения величины радиуса главного зеркала свести остаточную сферическую аберрацию объектива к минимуму (это тогда показалось ему наименее затратным решением проблемы), но вот хроматизм, определяемый исключительно параметрами мениска, так и остался “неприкасаемым” до конца дней ТМШ.

Вот такая получилась странная история “мирного (со)существования” хроматизма в изначально полностью ахроматичной менисковой системе Максутова.

Рис.9 Первая страница описания к Авторскому свидетельству [4].
Рис.9 Первая страница описания к Авторскому свидетельству [4].

Только, вот, Максутова ли?.. Как известно, Авторское свидетельство на изобретение [4] было выдано Д.Д.Максутову на оптическую систему, содержащую ахроматический мениск (см. Рис.9)! Мениски в УШТ и ТМШ не ахроматические… Тогда справедливо ли будет называть УШТ и ТМШ “серийными менисковыми школьными телескопами системы Максутова” , как мы видим это, например, у того же Г.В.Погарева (см. Рис.1)?

Вот и ещё одна загадка…

Рис. 10 ТМШ‑1 vs ТМШ‑2.
Рис. 10 ТМШ‑1 vs ТМШ‑2.

Похоже, с УШТ мы “с горем пополам” разобрались. А что же мы имеем в отношении ТМШ?

С ТМШ тоже всё оказалось непросто. В середине 50-х документация на школьный менисковый телескоп была передана в Ленинград. Оптику и монтировку перед очередной попыткой запуска в серию оставили прежними, а вот конструктив трубы изменили – телескоп снабдили уже двумя окулярами! Понадобилась и система смены увеличений. Первоначально она была устроена в виде перекидной планки, поворотом которой окуляры поочерёдно вводились в ход лучей. Таким получился ТМШ‑1. Его оптическая схема была полностью идентична использовавшейся в УШТ‑2. Соответственно, сохранились тот же минимальный вынос фокуса, те же неудобства при наблюдениях. Правда, к ним добавились и новые, связанные уже с системой смены увеличения (в частности, из-за открытости окуляров с обеих сторон, пыль и грязь очень быстро накапливались на их полевых линзах и были прекрасно видны в поле зрения). Просуществовал телескоп в таком виде недолго. В процессе “работы над ошибками” было решено заменить поворотный механизм на более солидный и герметичный “сдвижной”, где два окуляра размещались на радиусном “башмаке” и вводились в ход лучей уже не поворотом, а сдвигом. Попутно немного изменилась и монтировка. Так появился ТМШ‑2. Его основным отличием от ТМШ‑1 стал увеличенный вынос фокальной плоскости за пределы трубы. И правда, чтобы разместить за трубой “ползун” с двумя окулярами, понадобилось вынести фокус намного дальше – примерно на 48 мм за вершину ГЗ (см. Рис.11).

Рис.11 Чертёж трубы ТМШ с расположением фокальной плоскости объектива телескопа [1].
Рис.11 Чертёж трубы ТМШ с расположением фокальной плоскости объектива телескопа [1].

Параметры мениска и зеркала при анализе оптической схемы ТМШ‑2 остались прежними. Задавшись на этот раз уже величиной выноса фокуса, равной 48 мм, получаем, опять-таки, однозначное решение для оптической системы ТМШ‑2 (на Рис.12 слева, внизу). Получается, что для обеспечения нужного выноса фокальной плоскости потребовалось всего лишь сблизить мениск и зеркало на каких-то 1.22 мм (изменить d2 с исходных 137.11 мм до 135.89 мм). Но и фокус системы при этом увеличился почти до 790 мм (предпоследняя строчка в списке параметров ТМШ). И, оттолкнувшись от исходного варианта 1:10 (ТМШ‑1), мы получили в итоге систему уже 1:11.2 (ТМШ‑2)! Вот это да!

Рис.12 Конструктивные параметры и графики остаточных аберраций объективов
Рис.12 Конструктивные параметры и графики остаточных аберраций объективов “реального” ТМШ‑2 (слева) и “оптимального” ТМШ (справа).

Таким образом выходит, что на самом деле ТМШ‑2 имеет относительное отверстие не 1:10, а 1:11.2 (или около того). Это подтверждают некоторые независимые измерения увеличения собранных труб ТМШ‑2, а теперь ещё и первоначальный расчёт Максутова для ТМШ‑2 (выдающий для этого объектива исходное фокусное расстояние 781.65 мм – см. сводку его параметров в итоговой Таблице 3).

В результате изменения конструктива трубы фокусное расстояние благополучно “уехало” вслед за выносом фокуса, а вот в Свидетельстве на ТМШ‑2 всё так и осталось прежним. В самом деле… Мениск ведь – тот же самый. Зеркало – то же самое. Почему тогда фокусное расстояние у системы должно быть другим? Мало ли, подвинули чего-то там чуть-чуть куда-то, изменив положение фокуса… Но это “чуть-чуть” и привело вот к таким последствиям.

И реальное увеличение ТМШ‑2 с 10‑мм окуляром оказалось уже не 70×, а 78× (ну и, соответственно, с 28 мм окуляром – 28× вместо 25×).

Зато теперь становятся понятными неудачи с попытками расчётного восстановления параметров ТМШ‑2 при привязке к его “паспортному” фокусу 703.7 мм. Фокус-то этот вычислен для совершенно иной системы! Кроме того, реальная коррекция аберраций объектива оказалась настолько далека от оптимальной, что “восстановить” её расчётом только по габаритным размерам системы невозможно в принципе.

А что же при этом произошло в ТМШ‑2 с качеством изображения?

Вот оно как раз никоим образом “не пострадало”. И осталось прежним, т.е. “ни‑ка‑ким” (те же 1.6 λ остаточной аберрации – см. график на Рис.12 слева)! Он практически идентичен графику УШТ/ТМШ‑1 (Рис.6).

А вот если бы Дмитрий Дмитриевич не “пустил всё это дело на самотёк”, сделал, наконец, толковый расчёт и настоял-таки на изменении всех трёх радиусов кривизны в УШТ/ТМШ – не только зеркала, но и мениска, сделав его ахроматическим – телескоп вполне мог бы стать наконец-то “первоклассным”; его итоговые аберрации не превысили бы 0.17 λ (график и параметры на Рис.12 справа). Такой вариант вполне реален (несмотря на упомянутое выше утверждение о, якобы, невозможности…) и довольно просто рассчитывается. И труба этого телескопа была бы покороче имевшейся у ТМШ (см. Рис.13). К сожалению, он так и не был никогда реализован…

Рис.13 Сравнение габаритов «реального» ТМШ и «оптимальной» системы ТМШ. Пояснения относительно хода лучей и экранирования – в тексте.
Рис.13 Сравнение габаритов «реального» ТМШ и «оптимальной» системы ТМШ. Пояснения относительно хода лучей и экранирования – в тексте.

Идеальный “оптимальный” ТМШ…

“ТМШ, который мы потеряли!”

“Максутов не смог” или же “Максутов не захотел”? Вопрос! Загадка…

Как известно, задолго до запуска в серию школьного менискового телескопа (во всяком случае, ещё до лета 1942 года) Максутовым уже был рассчитан аналогичный, но при этом “первоклассный” 140 мм менисковый Кассегрен (правда, с расположением фокуса внутри системы), описанный им в своей монографии [5]. Проверочный расчёт показывает, что остаточная аберрация этой системы, действительно, почти укладывается в λ/4 (графики его аберраций см. на Рис.19 справа). По сравнению с 1.6 λ УШТ/ТМШ, как говорится – “небо и земля”!

Рис.14 Страница монографии Д.Д.Максутова [5] с параметрами
Рис.14 Страница монографии Д.Д.Максутова [5] с параметрами “первоклассной” системы менискового Кассегрена.

И сразу же возникает вполне резонный вопрос: “Откуда вообще могла взяться столь чудовищная разница в степени коррекции этих двух систем одного типа, рассчитанных в одно время и для одних и тех же целей?”

Очередная загадка… (Почему-то сразу вспоминается старый “бородатый” анекдот: “…по улице два мужика несли бревно, потом вдруг бросили и сказали: «А, ну его на фиг, завтра донесём!»”)

Насколько сегодня можно судить, именно эта 140 мм система дальше расчётов так никуда и не пошла. ТМШ же разошёлся по всей стране многотысячным тиражом! Вот бы всё наоборот, а!?.

Поневоле отнесёшься с пониманием к, пожалуй, слишком уж эмоциональной оценке ТМШ, данной Фиделем Горбуновым (МОО АГО) в одном из сообщений Астрофорума:

“Инициатор запуска в серию школьных менисковых очевидно был тихим врагом советской власти (вредителем), а вот автор БАМ_а 5 – террористом! Несомненно.”

 В “подвале ВАГО” было протестировано немало оптики ТМШ, и вся она, по отзывам, отличалась весьма посредственным качеством. Что неудивительно – причины теперь понятны… Вопрос, конечно, спорный – можно ли сегодня считать это “вредительством”, но то, что создатель менисковых систем собственноручно “подложил основательнейшую свинью” под фундамент УШТ/ТМШ – сомнению более не подлежит!

Где-то перекликаются с этими оценками и пометки Эдуарда Тригубова, оставленные им “на полях” после обмеров и последующего пробного просчёта лучей через систему (см. Рис.4):

“Полная фигня! Выкрасить и выбросить…”.

Рис.15 Д.Д.Максутов в разные годы жизни. Фото из статьи [2].
Рис.15 Д.Д.Максутов в разные годы жизни. Фото из статьи [2].

А что, если вся эта история – не иначе как грандиознейшая и, на самом деле (как ни странно это прозвучит…) безобиднейшая шутка “Максутова-одессита”?!

И в самом деле – ну что такое школьный телескоп, да ещё и “исключительно настольного исполнения”? Называя сегодня вещи своими именами – муляж, да и только! Эдакий “настольный канделябр”! Если сесть и попытаться представить – за целых двадцать лет его производства разработчики меняли конструктив, как минимум, трижды, но так и не удосужились предусмотреть хоть какую-нибудь (даже вшивенькую!) возможность установки телескопа “в полевых условиях” на подходящую, пусть даже и случайную, треногу! Вот и выпала ему по жизни судьба – служить наглядным пособием для урока, украшать интерьер кабинета физики-астрономии (как на Рис.16 внизу) или же создавать подходящий научно-технический фон преподавателю (и не только – см. Рис.15). И лишь изредка, по случаю, быть нехитрым приспособлением для демонстрации вида Солнца, Луны или же Венеры через приоткрытую форточку класса (а иногда и через наглухо закрытую, как, например, в одном нашем старом детском фильме).

Рис.16 Кадры из фильма
Рис.16 Кадры из фильма “Петька в космосе” (Одесская киностудия, 1972 год). “Менисковый школьник” на современном уроке (фото внизу).

Кому и когда понадобится какое-то там “оптическое качество” от подобного аппарата? Да и зачем? Наблюдать-то в него и так практически невозможно! Ну, разве, заглянуть разок-другой, воскликнуть: “Вах-вах-вах!”, обойти, покачать головой, поцокать языком да и взгромоздить его обратно на полку. До лучших времён…

70 мм ТМШ‑2 vs 65 мм
70 мм ТМШ‑2 vs 65 мм “Алькор”.

Даже простенький 65 мм “Алькор” “уделывает” ТМШ по всем статьям (и по разрешению, и по ахроматичности, и по проницающей способности, и – самое главное – по удобству наблюдений!). То, от чего так старательно уходил Максутов в военном 1941 году (если судить по столь складно изложенной им “истории создания менисковых систем” [6]), вернулось “бумерангом” на рубеже 80‑х и – о, ирония судьбы! – опять оттуда же, со стороны НПЗ.

И, может, именно поэтому “менисковых школьников” сегодня осталось так мало. За такое “добро” до последнего не цепляются…

А ведь Дмитрий Дмитриевич прекрасно представлял себе что такое настоящий школьный телескоп, созданный именно для реальных наблюдений неба. Стоит лишь взглянуть на его собственноручный рисунок. И штатив, и искатель, и набор окуляров – всё на месте! И пусть даже весьма значительная часть небесной сферы вокруг полюса оказывается недоступной для наблюдений, зато эти телескопы специально придуманы именно для астрономической площадки, для “существования под звёздным небом”!

Рис.18 Рисунки школьных телескопов из рабочей тетради Д.Д.Максутова. Ленинград, 1939 г. [2].
Рис.18 Рисунки школьных телескопов из рабочей тетради Д.Д.Максутова. Ленинград, 1939 г. [2].

Ещё одна максутовская “шутка” (он, говорят, по жизни был бо-ольшим шутником!) обнаружилась при попытке просчёта параметров ахроматического мениска по приведённой в его Авторском свидетельстве [4] формуле – огромной, “многоэтажной” и неудобоваримой (см. Рис.9). Кто там и когда станет проверять её правильность? Но подстановка вполне реальных значений n, d и R2 выдаёт совершенно абсурдное значение радиуса R1!.. Ошибка при типографском наборе формулы? Маловероятно – сама формула приведена в документе дважды, причём на разных страницах. Даже общий качественный анализ дроби (без кропотливых подсчётов) приводит к выводу, что при значении R2 >> d, искомый радиус R1 вообще не сможет значительно отличаться от d!

Снова загадка?

Ну и, поскольку в одной из приведённых чуть выше цитат вскользь был упомянут ещё один менисковый телескоп – БАМ-5А, здесь стоит сказать пару слов и по поводу оптического качества системы “типа А” – 100 мм варианта школьного телескопа.

Очень удачно, что на него имеется набор расчётных конструктивных параметров, по которым можно судить о степени его аберрационной коррекции. Анализ числовых данных оптической схемы показал, что теоретическая коррекция аберраций этого телескопа если и не идеальна, то уже весьма близка к ней (реальное же качество исполнения его оптической части здесь оставим за скобками).

Рис.19 Графики остаточных аберраций БАМ-5А до его оптимизации (слева) и после (в центре), а также график остаточных аберраций
Рис.19 Графики остаточных аберраций БАМ-5А до его оптимизации (слева) и после (в центре), а также график остаточных аберраций “первоклассного” 140 мм менискового Кассегрена (справа).

Как ни странно, несмотря на то, что окончательно телескоп был рассчитан лишь в начале 60-х годов, спустя 20 лет, кривые остаточных аберраций БАМ-5А и упомянутого выше 140 мм “первоклассного” менискового Кассегрена довольно схожи (хотя при этом разительнейшим образом отличаются от расчётных кривых “исходного” УШТ с Рис.2!). Обе системы включают ахроматический мениск, обе хорошо исправлены в отношении остаточной сферической аберрации (левый и правый графики на Рис.19). Хотя, для достижения “полной идеальности” БАМ-5А Максутову достаточно было лишь чуть “подправить” два параметра – увеличить толщину мениска (на 0.9 мм) и уменьшить его первый радиус (на 0.3 мм), после чего коррекция остаточных аберраций на оси улучшилась бы ещё более чем в 2 раза (с исходных 0.33 λ до 0.15 λ – см. график на Рис.19 в центре)!

Но не будем так строги. Отдадим должное трудолюбию, профессиональному чутью, опыту и настойчивости оптиков-расчётчиков тех лет, вооружённых лишь карандашом, рабочей тетрадью, логарифмической линейкой и таблицами тригонометрических и логарифмических функций. Ведь даже примитивных калькуляторов в те времена ещё не было!

Сложности с расчётами оптики в те годы привели и к появлению ещё одной загадки. В той же книге [1] в отношении ТМШ‑2 приведены две интересные цифры. Если основные технические характеристики телескопа были просто бездумно переписаны из Свидетельства, то, что касается расстояния между зеркалами (у Г.В.Погарева оно указано “около 134 мм”) и линейного увеличения на вторичном зеркале (V 5.25×), всё несколько сложнее. Откуда они взялись?

Ну, с расстоянием между мениском и зеркалом всё более-менее понятно. Если взглянуть в максутовскую сводку параметров для ТМШ‑2 (см. Таблицу 3), то там оно указано равным 134.98 мм. Вроде, всё сходится (стало быть, Погарев эту сводку тоже видел!). А вот как быть с увеличением на вторичном зеркале? Современная оптическая программа с её мгновенным просчётом тысяч лучей, выдаёт значение увеличения для этого же набора данных V 4.756×! Но во времена Д.Д.Максутова и Г.В.Погарева никаких программ ещё не было… Им приходилось всё считать “ручками”. И если Максутов мог бы всё вычислить точно, “ибо владел методом”, то Погарев, не будучи оптиком-расчётчиком, смог сделать это лишь приблизительно, имея на руках лишь сводку конструктивных параметров.

Рис.20 Ход лучей и отрезки для вторичного зеркала в системе менискового Кассегрена.
Рис.20 Ход лучей и отрезки для вторичного зеркала в системе менискового Кассегрена.

Что такое увеличение на вторичном зеркале? Отношение двух отрезков – переднего s и заднего s’ (см. Рис.20). Передний отрезок s для вторичного зеркала – это расстояние от него до точки F’1 – эквивалентного фокуса системы “мениск + ГЗ”. Ну а задний s’ равен заднему отрезку всего объектива телескопа – он известен и равен 180.78 мм, см. Таблицу 3. Остаётся вычислить передний отрезок – самое сложное. Точно он определяется лишь просчётом лучей (поскольку система зеркал после мениска работает уже в расходящемся пучке лучей), что для Георгия Васильевича могло представлять известную трудность. Примерно же его можно оценить как разницу между фокусным расстоянием ГЗ (оно равно половине его радиуса – 168.15 мм) и расстоянием между зеркалом и мениском (d2 = 134.98 мм). Получается 33.17 мм. Разделив одно на другое, получим увеличение 180.78/33.17 = 5.45×. Конечно, не 5.25×, но по-другому к этой цифре не приблизиться никак… На самом деле и она в этой схеме недостижима.

Завершая описание оптической части УШТ/ТМШ, необходимо упомянуть и о “меньшей её половине” – об окулярах. Поскольку удобство проведения наблюдений с этими телескопами оставляет желать лучшего (особенно вблизи зенита), требования к достаточному удалению выходных зрачков окуляров стали первостепенными, в связи с чем в качестве “сильного” (по классификации Максутова) окуляра – фокус 10 мм, увеличение 78× (реальное для ТМШ!) – был предложен окуляр с вынесенным зрачком, рассчитанный в ГОИ и подробно описанный в монографии Д.Д.Максутова [6]. Там же приведены и конструктивные параметры оптики (в прямом ходе лучей). Удаление выходного зрачка у него тогда было рекордным для “сантиметровых” окуляров – 1.14 фокусного расстояния!

Рис.21 Страница монографии Д.Д.Максутова [6] с описанием 10 мм окуляра ТМШ.
Рис.21 Страница монографии Д.Д.Максутова [6] с описанием 10 мм окуляра ТМШ.

ЛОМО комплектовало ТМШ этим окуляром, но со слегка изменённым конструктивом, пересчитанным под имевшиеся на предприятии “пробные стёкла”. Параметры реального окуляра (в прямом ходе лучей) приводятся на Рис.22. Остаётся лишь с грустью добавить, что в ТМШ его рабочее угловое поле зрения не превышает 28º.

Рис.22 Параметры реально изготавливавшихся 10 мм окуляров ТМШ.
Рис.22 Параметры реально изготавливавшихся 10 мм окуляров ТМШ.

Второй окуляр (“слабый”) построен по типовой оптической схеме Кельнера и имеет фокусное расстояние 28 мм. Никаких особенностей в конструктиве этого окуляра нет. Кроме, быть может, в значительной степени обрезанного поля зрения. Полезные поля большинства “кельнеров” составляют порядка 45º; здесь же окуляр работает в пределах от силы половины этого значения – большего попросту “не вытягивает” объектив! Числовых данных на него найти не удалось.

Ну и здесь же попутно стоит остановиться на некоторых особенностях размера поля зрения в ТМШ. С учётом сказанного про окуляр Кельнера, становится понятным, что оно ограничено прежде всего светозащитной трубкой телескопа. Её внутренний диаметр около 13 мм, поэтому телескоп вряд ли обеспечит большее по размеру линейное поле (у “кельнера” оно составляет 12.5 мм). Даже при меньших полях значительная часть лучей уже “режется” трубкой, что приводит к заметному снижению яркости изображения (на самом краю поля “кельнера”, к примеру, более чем на 20 %). Да и сами размеры трубки в ТМШ, видимо, никем и никогда не рассчитывались – величина центрального экранирования, вносимого именно ею (а не вторичным зеркалом! – см. Рис.13) в сходящемся пучке после ГЗ, согласно просчёту лучей, составляет 0.4 (хотя, это всяк получше, чем в УШТ‑2, где экранирование достигает 0.45!). Общее же пропускание ТМШ (с учётом шести непросветлённых стеклянных поверхностей, двух зеркал без защитного покрытия и центрального экранирования “всем, чем только можно”) в итоге не дотягивает в центре поля и до 50 % (а на краях, соответственно, до 40 %)!

Таким образом, получается, что зеркально-линзовый объектив – вообще крайне неудачный выбор для 70 мм телескопа. Ему недоступны малые увеличения и большие поля, что элементарно реализуется в любом рефракторе сравнимых размеров (если, конечно, позволяет механика трубы).

Никто, разумеется, не мешает увеличить поле и здесь, но это чревато резким ростом центрального экранирования вторичным зеркалом, или же появлением засветки края поля зрения прямыми лучами. Оба варианта неприемлемы (хотя по первому пути, судя по всему, пошло ЛОМО, выпустив менисковую зрительную трубу “АСТЕЛЕ-60”, где экранирование достигает просто гигантских 0.5!).

Рис.23 Зрительная труба
Рис.23 Зрительная труба “АСТЕЛЕ-60” производства ЛОМО (фото: Алексей Пецык).

Возвращаясь же снова к окулярам, отметим, что особенный интерес (но, увы, лишь исторический) вызывает самый первый окуляр УШТ‑1 – компенсационный. Правда, отыскать его заводские конструктивные данные сегодня уже не представляется возможным. Архивов тех лет просто не сохранилось. Возможно, когда-нибудь удастся восстановить его параметры по измерениям нескольких сохранившихся экземпляров УШТ‑1. Предварительно о нём известно немного. Его измеренное фокусное расстояние 14 мм, рабочее поле зрения около 40º, удаление выходного зрачка не превышает 6.5 мм (при таком мизерном выносе, удобства наблюдений, само собой – никакого!). Спроектирован окуляр по схеме Гюйгенса, состоит из двух плоско-выпуклых линз, вроде бы изготовленных из “тяжёлых” стёкол для компенсации хроматизма объектива.

Хотя, всё это сегодня уже не представляет какого-то практического интереса. Разве лишь “чисто для истории” – заполнить ещё одну (пока что пустую!) страничку телескопостроительной летописи страны.

Ну и последнее. Поскольку слово “хроматизм” поневоле и неотступно преследует нас по пути рассмотрения оптических особенностей УШТ/ТМШ, следует наконец разобраться и с самим понятием “ахроматический мениск”. Или, как его ещё часто – и совершенно справедливо – называют, “мениск Максутова”. Применение именно ахроматического мениска было заявлено Д.Д.Максутовым в упомянутом выше Авторском свидетельстве [4]; оптическая система с таким мениском впоследствии получила название “система Максутова”, а ныне она в просторечии именуется и совсем коротко – “МАК”.

Теоретически, ахроматическим мениском (или “мениском Максутова”) считается такой, у которого отношение разности его радиусов кривизны к толщине составляет:

(R2–R1)/d (n2–1)/n2, где n – показатель преломления стекла мениска.

К сожалению, эта формула ориентировочная, но простой дополнительный просчёт лучей через реальную систему позволяет очень быстро выйти на необходимое практическое значение ΔR/d, соответствующее её полной ахроматичности (подробнее см. [5], стр.22). Итоговые величины этого параметра для систем, упомянутых выше (везде стекло мениска К8), приведены в Таблице 2.

Таблица 2

Тип системы ΔR/d
Ахроматический мениск (по приближ. формуле) 0.566
БАМ-5А (оптимальный) 0.581
ТМШ (оптимальный) 0.583
140 мм “первоклассный” менисковый Кассегрен 0.590
БАМ-5А (оригинальный) 0.594
УШТ/ТМШ (расчётный, по Максутову) 0.706
УШТ/ТМШ (реальный, радиусы по ГОСТ) 0.743
Концентрический мениск 1.000

Таким образом, реальные значения параметра ΔR/d для ахроматического мениска “менискового кассегрена” Максутова находятся в пределах 0.580…0.595, в зависимости от степени окончательной коррекции хроматизма (чуть получше, чуть похуже…). “Оптимальный” ТМШ, обе системы БАМ-5А и 140 мм менисковый Кассегрен рассчитаны согласно этому критерию и содержат в своём составе именно ахроматические мениски Максутова.

А вот реальный УШТ/ТМШ имеет мениск, явно и сильно выпадающий из этого диапазона и совершенно точно не являющийся “мениском Максутова” (ΔR/d = 0.743). Причём, здесь следует обратить внимание на то, что исходный расчётный УШТ Максутова был чуть ближе к ахроматическому мениску, чем реально изготавливавшийся (0.706 вместо 0.743), хотя также не содержал его.

Что же получается в итоге?

Да, оптическая система ТМШ – менисковая…

Да, была рассчитана Максутовым…

Да, внешне весьма похожа на “систему Максутова”…

Но! Мениск-то в ней абсолютно точно не ахроматический, стало быть, самый массовый в мире менисковый телескоп, хоть и был рассчитан лично Максутовым, но при этом “телескопом системы Максутова” не является!

Менисковых систем сегодня известно много. Но оптическая система Максутова – всего лишь одна из них. Причём, непременно та, которая обязательно содержит ахроматический мениск, да ещё и используемый для коррекции исключительно сферической аберрации остальных компонентов системы.

Выходит, что УШТ/ТМШ – не МАК! При всём желании и при всём уважении…

Как выразился однажды по поводу “МАКа” ТМШ Эдуард Тригубов: “…За этим телескопом главное то, что он был Первым!” Получается, что и первым его назвать никак нельзя…

…И, подводя итоги:

Реализованные серийные оптические схемы УШТ и ТМШ оказались очень далеки от совершенства – создаваемые ими изображения страдали как от неисправленного хроматизма, так и от остаточной сферической аберрации. Причём, посредственное оптическое качество было заложено в систему ещё на этапе расчёта, позднее деградировав в ещё большей степени из-за неудачного подбора радиусов “пробных стёкол” на заводе. По величине хроматизма реальный ТМШ раза в полтора хуже сравнимого с ним БШР (большого школьного рефрактора, 80 мм, 1:10)!

Фокусные расстояния двух вариантов одной и той же оптической схемы (УШТ и ТМШ‑2), несмотря на одинаковость зеркал и менисков, отличаются примерно на 10 %; ТМШ‑2 имеет эквивалентное относительное отверстие порядка 1:11.

Ко всем приведённым в [1] параметрам и характеристикам ТМШ‑2 следует относиться с осторожностью. Так, увеличение на вторичном зеркале у УШТ (и ТМШ‑1) составляет всего 4.28×, а у ТМШ‑2 – 4.8×. То же относится к значениям видимых увеличений, утверждению о “полной ахроматичности” и т.д.

Оптические системы менисковых телескопов УШТ/ТМШ по сути не являются “системами Максутова”, поскольку применённые в них мениски – не ахроматические!

Разумеется, все указанные выше величины остаточных аберраций могут быть отнесены лишь к конкретным рассмотренным расчётным схемам оптики. Реально изготовленные по ним образцы телескопов всегда имеют заведомо худшие характеристики, поскольку отягощены дополнительными ошибками изготовления, сборки и юстировки. Другими словами – в реальном телескопе обычно всё обстоит гораздо хуже (но уж точно никак не лучше)!

***

Вот таким получился “Большой оптический миф о серийном школьном менисковом телескопе системы Максутова и его ахроматическом мениске”. От начала и до конца “пересыпанный” сюрпризами и загадками. Ну, чем не детектив? Только на этот раз оптический…

Была когда-то замечательная книжка Ангела Бонова “Мифы и легенды о созвездиях”. Похоже, пришло время собирать и “Мифы и легенды о школьных телескопах”…

А если взять, да напоследок ещё и помечтать немного – каким вообще мог бы видеться “идеальный ТМШ”?

Пожалуй стоило бы высказать три основных пожелания группе его создателей:

  1. Оптику-расчётчику. Использовать, наконец, ахроматический мениск, доведя этим расчётное качество изображения до идеального (уж, что-что, а “бумага всегда и всё стерпит”!). Телескоп – максутовский? Значит и построен должен быть по оптической системе Максутова, а не по “какой-то там иной, непонятно какой”! И затем, день ото дня, вновь и вновь, под звёздным небом подтверждать образцовым качеством изображения своё высокое (на)звание, а не служить немым укором своему создателю…
  2. Конструктору оптики. Телескоп изначально придумывался для того, чтобы в него наблюдать, а не лишь изредка “заглядывать”! Поэтому хорошо было бы остановиться на успешно проверенной ещё в МТМ-1 схеме Нэсмита – вместо светозащитной трубки (“морковки”) поставить стоечку со вставленным в трубочку 13‑мм плоским диагональным зеркальцем, отбрасывающим пучок света вбок (примерно как это показано в нижней части Рис.13). В сторону, противоположную оси высоты монтировки, или же под 90º к ней, вверх (вынос фокуса при этом можно безболезненно вернуть к прежним 20 мм, подвинув зеркало на каких-то 0.8 мм). Удобство наблюдения сразу же становится “двухсотпроцентным”, ничем не уступающим “ньютоновскому” (и “сам” Максутов это подтверждает – см. Рис.24 слева внизу)! И никаких более задираний голов кверху, неудобных поз, вывернутых шей, “ворующих” поле зрения зенитных призм и “прочих безобразий”. “Револьвер-ползун” с окулярами (если он вообще понадобится после этого…) поместится и на боковой стороне трубы. А по стоимости диагональное зеркальце обойдётся всяк дешевле пары никчемных зенитных призм. Проблемы же с несколько усложнившейся юстировкой элементарно решаются толково составленным Руководством по эксплуатации. Вот в такой аппарат, действительно, каждому “захочется показать людям небо”! (см. фото на Рис.24 вверху).
Рис.24 Наблюдения в МТМ-1 на астроплощадке Московского планетария (фото вверху). Д.Д.Максутов у окуляра МТМ-1 (слева внизу). Один из вариантов самодельной установки УШТ-2 на деревянный штатив (справа внизу).
Рис.24 Наблюдения в МТМ-1 на астроплощадке Московского планетария (фото вверху). Д.Д.Максутов у окуляра МТМ-1 (слева внизу). Один из вариантов самодельной установки УШТ-2 на деревянный штатив (справа внизу).
  1. Конструктору механики. Поставить, наконец, монтировку на мало-мальски приличный, пусть даже и деревянный, штатив! Сделать чугунный треножник быстросъёмным, опциональным, несущим лишь “чисто представительские” функции. Законное место телескопа – на штативе. На то он и телескоп! (Правда, ЛОМО эту точку зрения так и не разделило, полвека спустя выпустив 90 мм версию ТМШ с зубодробительным названием “АСТЕЛ-90” практически с прежней механикой…)

Жизнь давно доказала, что качественная и продуманно спроектированная оптика “живёт” долго! Отправить “на свалку истории” такой аппарат рука бы не поднялась ни‑ко‑гда!

Автор с благодарностью принял бы любую информацию о параметрах оптических элементов описанных выше УШТ и ТМШ (радиусы кривизны, толщины, промежутки), почерпнутую из оригинальной заводской документации на УШТ/ТМШ, если вдруг она окажется в поле зрения кого-нибудь из читателей.

В заключение хотелось бы ещё раз поблагодарить Эдуарда Тригубова за предоставленную техническую и историческую информацию о непростой судьбе всего этого проекта – школьного менискового телескопа.

***

В статье упомянуты четыре версии серийно выпускавшихся 70 мм школьных менисковых телескопов: УШТ‑1 (1945 год выпуска), УШТ‑2 (1946-1947 г.в.), ТМШ‑1 (1956-… г.в.) и ТМШ‑2 (…-1964 г.в.), в порядке их появления на свет. Для того, чтобы не затеряться среди всего этого разнообразия, сравнительный внешний вид обеих версий УШТ приведён на Рис.8. О внешних же отличиях ТМШ‑1 и ТМШ‑2 можно судить по Рис.10.

Сводка параметров объективов упомянутых оптических систем:

Таблица 3

УШТ‑2 = ТМШ‑1
(расчёт Максутова)
ТМШ‑2
(расчёт Максутова)
“тестовый” ахромат
70 мм 1:10
R1 = -90.49
    d1 = 8.05 (стекло К8)
R2 = -96.17
    d2 = 136.09 (воздух)
R3 = -336.3
    d3 = -136.09 (воздух)
R4 = -96.17
    F’ = 704.03(линия e)
    F’ = 703.65(линия D)
    s’ = 158.07(линия e)
R1 = -90.49
    d1 = 8.05 (стекло К8)
R2 = -96.17
    d2 = 134.98 (воздух)
R3 = -336.3
    d3 = -134.98 (воздух)
R4 = -96.17
    F’ = 781.65(линия e)
    F’ = 781.17(линия D)
    s’ = 180.78(линия D)
R1 = 429.8
    d1 = 9.2 (стекло К8)
R2 = -246.2
    d2 = 0.21 (воздух)
R3 = -249.1
    d3 = 7.1 (стекло Ф1)
R4 = -1059.9
    F’ = 707.06
    s’ = 698.77
УШТ‑2 = ТМШ‑1
“реальный”, RГОСТ
ТМШ‑2
“реальный”, RГОСТ
ТМШ-2
“оптимальный” вариант
R1 = -90.36
    d1 = 8.1 (стекло К8)
R2 = -96.38
    d2 = 137.11 (воздух)
R3 = -337.3
    d3 = -137.11 (воздух)
R4 = -96.38
    F’ = 704.0
    s’ = 158.65
R1 = -90.36
    d1 = 8.1 (стекло К8)
R2 = -96.38
    d2 = 135.89 (воздух)
R3 = -337.3
    d3 = -135.89 (воздух)
R4 = -96.38
    F’ = 789.6
    s’ = 183.89
R1 = -73.637
    d1 = 8.1 (стекло К8)
R2 = -78.361
    d2 = 122.355 (воздух)
R3 = -300.78
    d3 = -122.355 (воздух)
R4 = -78.361
    F’ = 782.57
    s’ = 170.53
БАМ-5А “оригинальный” БАМ-5А “оптимизированный” 140 мм “первоклассный” менисковый Кассегрен
R1 = -118.3
    d1 = 14.14 (стекло К8)
R2 = -126.7
    d2 = 190.196 (воздух)
R3 = -469.6
    d3 = -190.196 (воздух)
R4 = -126.7
    F’ = 1180.9
    s’ = 265.92
R1 = -117.97
    d1 = 15.02 (стекло К8)
R2 = -126.7
    d2 = 190.196 (воздух)
R3 = -469.6
    d3 = -190.196 (воздух)
R4 = -126.7
    F’ = 1184.3
    s’ = 267.44
R1 = -169.37
    d1 = 13.46 (стекло К8)
R2 = -177.31
    d2 = 327.21 (воздух)
R3 = -765.45
    d3 = -327.21 (воздух)
R4 = -177.31
    F’ = 1331.9
    s’ = 226.60

 

 

Приложение 1

Оптика УШТ/ТМШ – что известно на сегодня:

Таблица 4

Параметр УШТ‑1 УШТ‑2 ТМШ‑1 ТМШ‑2
Диаметр входного зрачка, мм (68.9) 67.7 (70) 69.7
Расчётное фокусное расстояние объектива, мм (704) 703.7 703.7 781.2
Расчётное относительное отверстие (1:10.2) 1:10.4 (1:10) 1:11.2
Световой диаметр первой поверхности мениска, мм 68.9 67.7 (70) 70.9
Световой диаметр второй поверхности мениска, мм (71) (71) (72) (72)
Внешний диаметр мениска, мм (72) (72) (74) 73.8
Диаметр вторичного зеркала, мм 25 20 (20) 20.4
Центральное экранирование (втор.зеркалом/блендой) 0.36/0.36 0.29/0.45 (0.28/0.40) 0.28/0.40
Световой диаметр главного зеркала, мм (75) (75) (75) 75.5
Диаметры светозащитной трубки, мм (14/12) 13/12 (13/12) (13.7/12.5)
Фокусное расстояние окуляра, мм 14.4 15.1 (28) (28)
Увеличение телескопа, крат 49 46.5 (25) 27
Диаметр выходного зрачка, мм 1.41 1.46 (2.8) 2.57
Тип окуляра Гюйгенса Кельнера
Линейное/угловое поле зрения окуляра, мм/º 9.8/38 (12/43) 12.5/25 12.5/25
Поле зрения телескопа, угл.минут 48 58 61 55
Фокусное расстояние второго окуляра, мм 10 10
Увеличение телескопа со вторым окуляром, крат 70 78
Диаметр выходного зрачка со вторым окуляром, мм 1.0 0.9
Тип второго окуляра с уд.зр. с уд.зр.
Линейное/угловое поле зрения второго окуляра, мм/º 5.2/28 5.2/28
Поле зрения телескопа со вторым окуляром, угл.минут 25 24

Примечание: Значения в скобках – ориентировочные, подлежат уточнению.

 

Ссылки на использованные материалы:

 

  1. Погарев Г.В. Юстировка оптических приборов. – Л. “Машиностроение”, 1968
  2. Тригуб Э. Я хочу показать людям небо! (115-й годовщине Д.Д.Максутова посвящается) – Киевский астроклуб, 2011 (электронное издание)
  3. ГОСТ 1807-75 Радиусы сферических поверхностей оптических деталей. Ряды числовых значений
  4. Максутов Д.Д. Оптическая система. Авт. свид. №65007, кл 42h, 1001; 8.11.1941
  5. Максутов Д.Д. Новые катадиоптрические менисковые системы. – Тр. ГОИ, 1944, вып. 124
  6. Максутов Д.Д. Астрономическая оптика. – Л. “Наука”, 2-е изд., 1979

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

13 + семнадцать =

 ДАЮ СОГЛАСИЕ НА ОБРАБОТКУ МОИХ ПЕРСОНАЛЬНЫХ ДАННЫХ, С ПОЛИТИКОЙ КОНФИДЕНЦИАЛЬНОСТИ ОЗНАКОМЛЕН 
Scroll to Top