Анна
я могу ...да почти всё...
Самая непростительная ошибка – отказ от действий из-за страха ошибиться
Анна Лаптева
Все записи
текст

Глаз земной

"ММ" №2/101 2014, с. 76
«Глаз земной»… Так романтично-уважительно российские астрономы называют это уникальное научное сооружение – Большой Телескоп Альт-Азимутальный. На протяжении 20 лет (до 1993 года) БТА, установленный в горах Северного Кавказа на высоте 2070 метров, был крупнейшим в мире телескопом. Его зеркало – основная деталь – имеет диаметр 6 метров и весит 42 тонны…


Почему такой большой? В 60-е годы обладание самым современным и самым мощным на планете телескопом для СССР, космической державы номер один, было вопросом престижа. Американцы смогли позволить себе такую «роскошь» значительно раньше. Уже в 1949 году, когда Европа еще только приходила в себя после войны, они изготовили в Нью-Йорке и триумфально провезли на железнодорожной платформе через весь континент пятиметровое зеркало для своего калифорнийского телескопа-гиганта.
Повторение успеха США значило бы лишь продолжение «гонки за лидером». Для подтверждения космического первенства Советскому Союзу нужен был прорыв… Постановление Совета Министров СССР от 25 марта 1960 года положило начало реализации дерзкого проекта – создания телескопа-рефлектора с диаметром зеркала 6 м.

Почему именно рефлектор? С момента изобретения Исааком Ньютоном принципиально новой модели телескопа эволюция приборов для наблюдения за космосом пошла в двух направлениях. Поклонники доньютоновского диоптрического телескопа, называемого рефрактором (от лат. «re» и «fractus» – ломающий), продолжали работу над совершенствованием линз, экспериментируя с видами стекла и пытаясь избавиться от главного недостатка приборов – хроматической аберрации. Излучение от далеких звезд и планет, проходя через линзу, разделялось на пучки света всех цветов радуги, а затем фокусировалось линзой на разном расстоянии от окуляра. Из-за этого вместо четкого изображения даже при многократной увеличивающей способности линзы наблюдатель видел размытое пятно с радужным ореолом вокруг… Проблему удавалось решить, увеличивая фокусное расстояние, а следовательно, и длину трубы телескопа, что делало крайне неудобной его настройку во время наблюдений, ведь чем мощнее была линза, тем все длиннее должна была становиться труба.
Ньютон нашел гениальный выход: он сконструировал телескоп-рефлектор (от лат. «reflecto» – отражаю). Вместо линзы он использовал вогнутое металлическое зеркало, установив его в основании объектива. Свет наблюдаемых звезд отражался от вогнутой поверхности зеркала, собирался в фокусе, после чего направлялся с помощью второго плоского вспомогательного зеркала в окуляр. Компактный прибор давал удивительно четкую картинку, а все проблемы рефлектора сводились лишь к качеству отражающей поверхности зеркала…


Для БТА было необходимо изготовить вогнутое шестиметровое зеркало толщиной 0,65 м. И советских специалистов совершенно не смутил тот факт, что на Западе отливку стеклянной «болванки» диаметром свыше 5 м считали в принципе невыполнимой задачей. Отсутствие в Союзе заводских мощностей, способных реализовать поставленную партией задачу, было воспринято в духе времени – как сигнал к ускоренному возведению этих самых мощностей. Работа закипела параллельно в Подмосковье и Ленинграде.
Стеклянную основу будущего зеркала БТА создавали на базе Лыткаринского завода оптического стекла под Москвой. Здесь за три года был спроектирован и построен специальный производственный комплекс с помещениями для составления шихты – смеси исходных материалов для будущего сплава, высокотемпературной ванной печью и особой формой для отлива заготовки, снабженной обогреваемой крышкой и электропечью для отжига. Кроме того, производству потребовались цеха для оптической доводки лицевой поверхности зеркала с мостовым краном грузоподъемностью 250 т.


20 ноября 1964 года при температуре 1600 °С из высококачественного стекла особого состава была отлита заготовка весом в 70 т. Небывалые размеры изделия и высочайшие требования к его качеству предполагали использование новых технологий. Огромное зеркало должно было сохранять идеальную гладкость и устойчивость к деформации в сложных условиях его будущей эксплуатации.
После выплавки остужать стеклянную «малютку» до температуры окружающей среды планировалось в течение 9 месяцев, но и это оказалось слишком быстро – первый образец внезапно треснул. Второй было решено охлаждать еще более бережно. В итоге этот процесс занял целых два года и 15 дней…
Затем будущее зеркало телескопа полтора года шлифовали в Лыткарине с помощью карусельного станка КУ-158 (создан специально для этой операции Коломенским заводом тяжелого станкостроения в 1963 году). С тыльной стороны в стекле проделали 66 глухих отверстий для размещения механизмов разгрузки зеркала. С помощью 7 000 карат алмазного инструмента с заготовки удалили лишних 28 т стекла.
Окончательную шлифовку и полировку поверхности провела команда рабочих-оптиков Ленинградского оптико-механического объединения с помощью не знавшего аналогов оборудования, изготовленного на Коломенском заводе. 10 июля 1974 года комиссия приняла зеркало для установки на телескоп.
Параллельно в Ленинграде на ЛОМО, где создавались основные узлы и механизмы телескопа, была построена «Большая башня» – специальный монтажный корпус высотой более 50 м, оснащенный двумя мостовыми кранами грузоподъемностью 30 и 150 т и фундаментом для сборки БТА. Работами руководил главный конструктор Баграт Константинович Иоаннисиани, по проекту которого ранее на ЛОМО уже был собран один из крупнейших в Европе телескопов с зеркалом диаметром 2,6 м, установленный затем в Крымской астрофизической обсерватории.
Итак, телескоп был готов. На место главного зеркала установили железобетонный имитатор. Заводские испытания благополучно завершились 7 мая 1968 года, после чего все крупногабаритные узлы и детали, включая «муляж» зеркала, отправились в длинное путешествие на Кавказ, в обсерваторию.


БТА создавала вся страна: лучшие ученые и инженеры трудились над его конструкцией, лучшие технологи и мастера производства изготавливали узлы. Один только выбор идеального места для его установки был сделан на основании данных 16 научных экспедиций, тщательно изучивших весь высокогорный юг страны.
Строительство куполообразной вращающейся башни выстой 53 м и диаметром 45 м, оснащенной, подобно рыцарскому шлему, «забралом» шириной 11 м, началось в 1967 году в отрогах Главного Кавказского хребта, на горном плато у горы Пастухова, на высоте 2070 м. Здесь небо остается безоблачным 300 дней в году, а прозрачный воздух идеально подходит для астрономических наблюдений. Правда, суточные колебания температуры могут деформировать гладкую поверхность зеркала, искажая «картинку». От этих бед телескоп защищен куполом. В подкупольном пространстве постоянно поддерживается «ночная» температура, и после заката, когда башня открывается и «глаз земной» смотрит на звездное небо, его «сетчатка» не испытывает никакого дискомфорта от перепада температур.

Теплоизоляцию обеспечивают трехслойные алюминиевые панели обшивки, полости которых заполнены запрессованным пенопластом. Сама обшивка – двойная. Воздушное пространство между внешней и внутренней ее частями – 2 м, причем оно постоянно продувается прохладным воздухом, не позволяя солнечному теплу проникать внутрь помещений. Плотное прилегание к башне закрытого забрала обеспечивает специальный надувающийся шланг, проложенный по контуру. Кроме центрального пульта управления БТА и экскурсионной галереи, под куполом находится еще одно уникальное сооружение, но об этом чуть позже.

Проектом предусматривалось также возведение энергоблока, электрических и водопроводных коммуникаций, домов для ученых и 16-километровой дороги. Из Нижнего Архыза, ближайшего населенного пункта, к месту новой обсерватории изначально вела узкая тропинка. Одна из главных проблем России легко могла бы свести к нулю все усилия «космического прорыва», но и здесь страна не поскупилась на масштабные решения. Специально для перевозки деталей БТА было отсыпано 2 речных порта, возведено 4 новых моста и реконструировано 6 существовавших, проложено несколько сотен километров шоссейных дорог.

В 1971 году после завершения основных строительных работ начался монтаж конструкции телескопа. Главное зеркало БТА тронулось в путь из Подмосковья 30 июня 1974 года. В мае весь предполагаемый маршрут ради «репетиции» уже преодолел его бетонный имитатор. Зеркало, укутанное в защитную пленку и установленное на амортизационные опоры внутрь особого «термоса», покинуло Лыткарино на специальном трейлере, который по прибытию в Московский речной порт был погружен на баржу. Мощный буксир, пройдя по каналам и Волге, доставил драгоценный груз в порт Ростова-на-Дону на особый причал, после чего трейлер, окруженный эскортом ГАИ, 21 августа своим ходом добрался до обсерватории.

 

Называя прибывший на Кавказ груз зеркалом, мы допускаем неточность. Этой идеально подготовленной стеклянной форме только предстояло стать главным зеркалом БТА после нанесения тончайшего – около 1/10000 мм – слоя алюминия. Сделано это было не на заводе, а прямо под куполом новой обсерватории. Установку для алюминирования решено было смонтировать на месте, на уровне пола подкупольного этажа вблизи телескопа.

Дело в том, что покрытые алюминием светоотражающие покрытия зеркальной оптики телескопов нужно периодически обновлять. Представьте себе, каким трудоемким стал бы этот процесс для главного зеркала БТА, если бы каждый раз его приходилось куда-то перевозить. Горьковский машиностроительный завод спроектировал и изготовил специальную вакуумную установку ВУАЗ-6, способную алюминировать зеркало телескопа без извлечения из оправы и при установленных механизмах разгрузки. Алюминирование мелких зеркал производится в ней же с помощью специального поддона.

 


Почему альт-азимутальный? Проект Иоаннисиани был революционным. И дело было совсем не в невероятных для того времени размерах прибора. Речь шла о монтировке. Все крупные телескопы того времени монтировались экваториально, то есть для компенсации суточного вращения Земли во время наблюдений телескоп поворачивался с постоянной скоростью вокруг оси, направленной на неподвижный «полюс мира» – Полярную звезду.

Главный конструктор БТА решил использовать в новом советском телескопе идею своего товарища и коллеги Н. Г. Пономарева, одного из основоположников отечественного астроприборостроения, погибшего в дни ленинградской блокады. Он утверждал, что для больших телескопов-рефлекторов азимутальная монтировка, при которой основная ось телескопа развернута в зенит, весьма перспективна и, «помимо своей простоты, обладает также большей устойчивостью, жесткостью и удобствами во время наблюдения».

На конгрессе астрономов, в американском городе Пасадена в конце 50-х, доклад Иоаннисиани был недооценен. Иностранные коллеги сомневались, что такой прибор вообще сможет удерживать в поле зрения выбранный объект. Чтобы компенсировать вращение Земли, для слежения за звездой телескоп необходимо было поворачивать одновременно вокруг двух осей, причем с разными скоростями. Иоаннисиани считал, что автоматизированная система управления БТА способна справиться с такой задачей. Астрономический совет АН СССР и межведомственный совет по БТА поверил опытному конструктору и дал добро на реализацию смелого проекта.

 

Гигантский телескоп для удобства управления был установлен на подвижное основание. Масса всей конструкции составила 650 т, при этом электричества поворотный механизм телескопа тратит не более, чем электрочайник, а для того, чтобы привести его в движение, достаточно усилия человеческой руки. Все дело в «масляной подушке»: под основание телескопа под давлением в 75 атмосфер постоянно закачивается масло, по которому бесшумно скользит, удерживая в поле зрения далекие звезды, «глаз земной». За точность и плавность его движения полностью отвечают машины. Сейчас нам это кажется таким естественным, но тогда, в 1975-м…

Это была победа. Мир лишь начинал работать с ЭВМ, а в Советском Союзе для БТА был создан мощный исследовательский комплекс, управляемый компьютером с памятью целых 8 (!) килобайт. Автоматика, включающая свыше 10 тысяч полупроводниковых устройств, выполняла настройку, вела телескоп за объектом и фиксировала информацию на пленку.

 

Большой Телескоп Альт-Азимутальный успешно работает и сегодня – теперь он крупнейший в Евразии. Его основные детали остаются неизменными и прослужат еще несколько десятилетий. Изнашиваются и заменяются двигатели, приводы, редукторы и муфты. Свет далеких галактик, пойманный объективом телескопа, фиксирует не фотопленка, а светочувствительная матрица цифрового фотоаппарата. Астрономы, благодаря компьютерам, уже не проводят ночи в холодном «стакане» (наблюдательном центре), а ведут работу дистанционно, глядя в монитор, производя измерения и управляя огромным «земным глазом» с помощью щелчка компьютерной мыши. Тем не менее, профессия астронома все еще полна романтики, и есть вещи, которые эти люди до сих пор готовы делать вручную, – например, создавать уникальные печатные платы для ПЗС-систем, позволяющих БТА все дальше и дальше заглядывать в космос, загадывая новые загадки.


Ссылка на статью в онлайн версии журнала "ММ":
http://www.21mm.ru/?mag=101#076


Всего 0 комментариев
Комментарии
OK OK OK OK OK OK OK
Яндекс.Метрика