Параболическое зеркало своими руками

Добавил пользователь Skiper
Обновлено: 19.09.2024

Вы видели, сколько сейчас стоит рефлектор с зеркалом диаметром в 18 дюймов (почти 46 см)?
Поэтому мой парк безумных инженерных идей пополняется новым пунктом!

Для создания зеркала нам понадобится много плексигласа или нехрупкого (т.н. вязкого) стекла. Чтобы подобрать материал - надо хорошенько заморочиться, да. Также понадобится три-четыре мощных и точных сервопривода с контроллерами, Arduino и немого радиодеталей. Далее нужен материал для станины, корпуса станка и поворотных деталей. Ну и самое главное - ручная фреза, подходящая для обработки выбранного материала.

Идея в том, чтобы при помощи закрепленной на вращающейся штанге фрезы наносить концентрические канавки с уменьшающимся радиусом и увеличивающейся глубиной при каждом новом круге. Таким образом мы получаем ступенчатую поверхность, близкую к параболоиду вращения, т.к. все изменения положения фрезы и глубины её погружения будут рассчитываться при помощи параболической функции. Далее поверхность покрывается эпоксидной смолой и при помощи быстрого вращения заготовки равномерно распределяется по поверхности, заполняя "ступеньки" и приводя поверхность к максимально близкой к параболоиду.

В европейских странах солнце не светит столь ярко, но лето довольно жаркое, и очень жаль, когда дармовая энергия природы пропадает зря. Существуют удачные разработки печей на солнечной энергии, но в них используются цельные или сборные параболические зеркала. Это во-первых дорого, во-вторых утяжеляет конструкцию и поэтому не всегда удобно в эксплуатации, например, когда требуется малый вес готового концентратора.
Интересную модель самодельного параболического солнечного концентратора создал талантливый изобретатель.
Для ее изготовления не нужны зеркала, поэтому она очень легкая и не будет тяжелым грузом в походе.

Для создания самодельного солнечного концентратора на основе пленки требуется совсем немного вещей. Все они продаются на любом вещевом рынке.
1. Самоклеющаяся зеркальная пленка. Она имеет ровную блестящую поверхность и поэтому является прекрасным материалом для зеркальной части солнечной печи.
2. Лист ДСП и такой же по размеру лист оргалита.
3. Тонкий шланг и герметик.

Как сделать солнечную печь?

Сначала из древесно-стружечной плиты нужного вам размера электролобзиком вырезаются два кольца, которые надо приклеить друг к другу. На фото и видео фигурирует одно кольцо, но автор указывает, что позднее он добавил второе кольцо. По его словам, можно было бы ограничиться одним, но пришлось увеличить пространство для формирования достаточной вогнутости параболического зеркала. В противном случае фокус луча будет располагаться слишком далеко. Под размер кольца вырезается круг из оргалита для формирования задней стенки солнечного концентратора.
Кольцо следует приклеить к оргалиту. Обязательно хорошо все промажьте герметиком. Конструкция должна быть полностью герметичной.
Сбоку аккуратно, чтобы были ровные края, проделайте небольшое отверстие, в которое плотно вставьте тонкий шланг. Для герметичности соединение шланга и кольца также можно обработать герметиком.
Поверх кольца натяните зеркальную пленку.
Откачайте воздух из корпуса установки и таким образом сформируйте сферическое зеркало. Шланг загните и зажмите прищепкой.
Сделайте удобную подставку для готового концентратора. Энергии данной установки достаточно, чтобы расплавить алюминиевую банку.

Внимание! Параболические солнечные отражатели могут быть опасными и могут при неосторожном обращении привести к ожогам и повреждениям глаз!
Посмотрите процесс изготовления солнечной печки на видео.

Использован материал с сайта забацай.ру. Как сделать солнечную батарею — тут.

В моем далеком уже детстве попалась мне хрестоматия по астрономии с тех ещё более далёких лет, которых я не застал, когда эта астрономия была предметом в школе. Читал её до дыр и мечтал о телескопе, чтобы хоть одним глазком посмотреть в ночное небо, но не сложилось. Рос в деревне, где ни знаний, ни наставника для этого не было. Так и ушло это увлечение. Но с возрастом обнаружил, что желание то осталось. Прошерстил интернет, оказывается людей, увлеченных телескопостроением и собирающих телескопы, да ещё какие, и с нуля — масса. Из профильных форумов набрался информации, теории, и решил построить небольшой телескоп для начинающего.

Спроси меня ранее, что такое телескоп, сказал бы — труба, с одной стороны смотришь, вторую направляешь на предмет наблюдения, одним словом подзорная труба, но побольше размером. Но оказывается для телескопостроения используют в основном другую конструкцию, которую ещё называют ньютоновским телескопом. При массе достоинств она имеет не так много недостатков, по сравнению с другими конструкциями телескопов. Принцип его работы понятен из рисунка — свет далёких планет падает на зеркало, имеющее в идеале параболическую форму, далее свет фокусируется и выносится за пределы трубы с помощью второго, установленного под 45 градусами по отношению к оси, по диагонали, зеркала, которое так и называют — диагональное. Далее свет попадает в окуляр и в глаз наблюдающего.

Телескоп это точный оптический прибор, поэтому при изготовлении необходимо соблюдать аккуратность. Перед этим необходимо произвести расчёты конструкции и мест установки элементов. В интернете существуют онлайн калькуляторы расчёта телескопов и грех этим не воспользоваться, но азы оптики знать тоже не помешает. Мне понравился ISAAC калькулятор.

Для изготовления телескопа в принципе ничего сверхестественного не надо, я думаю что у любого хозяйственного человека в подсобке есть небольшой токарный станочек хотя бы по дереву, а то и по металлу. А если есть ещё и фрезеровочный станок — завидую белой завистью. И уж совсем не редкость теперь домашние лазерные станочки с ЧПУ для вырезания по фанере и 3D печатающий станок. К сожалению, у меня в хозяйстве из всего выше перечисленного ничего нет, окромя молотка, дрели, ножовки, электролобзика, тисков и мелкого ручного инструмента, плюс куча банок, ванночек с россыпью трубок, болтиков, гаечек, шайбочек и прочего гаражного металлолома, который вроде и выкинуть надо, но жалко.

При выборе размера зеркала (диаметр 114мм) мне кажется выбрал золотую середину, с одной стороны такой размер ходовой и уже не совсем маленький, с другой стороны стоимость не такая огромная, чтобы в случае фатальной неудачи пострадать финансово. Тем более главная задача была пощупать, разобраться и научиться на ошибках. Хотя, как говорят на всех форумах, самый хороший телескоп это тот, в которой наблюдают.

И так, для своего первого, надеюсь не последнего, телескопа я выбрал сферическое главное зеркало с диаметром 114мм и алюминиевым покрытием, фокусом 900мм и диагональным зеркалом, имеющего форму овала с малой диагональю в один дюйм. При таких размерах зеркала и фокусного расстояния различия форм сферы и параболы ничтожны, поэтому можно использовать недорогое сферическое зеркало.

Внутренний диаметр трубы по книге Навашина, Телескоп астронома-любителя (1979), для такого зеркала должен быть не менее 130мм. Конечно, лучше побольше. Трубу можно делать и самому из бумаги и эпоксидки, или из жести, но грех не воспользоваться готовым дешёвым материалом — в этот раз метровая канализационная PVH труба DN160, купленная за 4.46 евро в строймагазине. Толщина стенок 4мм мне показалась достаточной, с точки зрения прочности. Пилится и обрабатывается легко. Хотя есть и с 6мм толщины стенкой, но мне показалась тяжеловатой. Для того, чтобы распилить, пришлось на неё брутально сесть, никаких остаточных деформаций на глаз не наблюдается. Конечно, эстеты скажут фи, как можно в трубу для овна звёзды смотреть. Но для настоящих рукопоповцев это не преграда.

Вот она, красавица

Зная параметры зеркала, можно делать расчёт телескопа на вышеупомянутом калькуляторе. Сразу не всё понятно, но по мере создания всё становится на свои места, главное, как всегда, не зацикливаться на теории, а совмещать её с практикой.

С чего начать? Я начал, по моему мнению, с самого сложного — узла крепления диагонального зеркала. Как уже писал, изготовление телескопа требует точности, но которая не отменяет наличие возможности регулировки положения того же диагонального зеркала. Без тонкой регулировки — никак. Схем крепления диагонального зеркала несколько, на одной стойке, на трёх растяжках, на четырёх и прочие. У каждого есть свои плюсы и минусы. Так как размеры, вес моего диагонального зеркала, а значит и его крепления, скажем прямо, малы, я выбрал трёхлучевую систему крепления. В качестве растяжек использовал найденный регулировочный лист нержавейки толщиной 0.2мм. В качестве арматуры использовал медные муфты под 22мм трубу с наружным диаметром 24мм, чуть меньшим размера моей диагоналки, а также болт М5 и болты М3. Центральный болт М5 имеет конусную головку, которая просунутая в шайбу М8 работает как шаровая опора, и позволяет наклонять регулировочными болтами М3 диагональное зеркало при регулировке. Сначала припаял шайбу, потом обрезал грубо под углом и подогнал под 45 градусов на листе грубой наждачки. На обе детали (одна залита полностью, вторая 5мм через отверстие) ушло меньше 14мл пятиминутного двухкомпонентного эпоксидного клея Момент. Так как размеры узла малы, очень трудно всё разместить и чтобы всё это нормально работало, плечо регулировки маловато. Но получилось очень и очень не плохо, диагональное зеркало регулируется достаточно плавно. Болты с гайками макал в горячий воск, чтобы не прилипла смола при заливке. Только после изготовки этого узла этого заказал зеркала. Само диагональное зеркало клеил на двухсторонний вспененный скотч.

Под спойлером некоторые фото этого процесса.

Манипуляции с трубой были следующие: отпилил лишнее, ну и так как труба имеет раструб большего диаметра, использовал его для усиления района крепления растяжек диагоналки. Вырезал кольцо и на эпоксидку посадил на трубу. Хотя жесткость трубы и достаточна, на мой взгляд лишним не будет. Далее по мере поступления комплектующих сверлил и вырезал в ней отверстия, снаружи обклеил декоративной плёнкой. Очень важный момент — окраска трубы изнутри. Она должна быть такая, чтобы как можно больше поглощала свет. К сожалению продающиеся краски, даже матовые, совсем не подходят. Есть спец. краски для этого, но они дорогие. Я сделал так — по совету из одного форума покрыл изнутри краской из баллончика, потом засыпал в трубу ржаной муки, закрыл два конца плёнкой, хорошо покрутил — потряс, вытряхнул то, что не прилипло и опять задул краской. Получилось очень прилично, смотришь как в печную трубу.

Крепление главного зеркала делал из двух дисков фанеры толщиной 12мм. Один с диаметром под трубу 152мм, второй с диаметром главного зеркала 114мм. Зеркало ложится на три кружка приклеенных к диску кожи. Главное, чтобы зеркало не было жёстко зажато, я прикрутил уголки, обматал их изолентой. Само зеркало удерживается штрапсами. Два диска имеют возможность двигаться друг относительно друга для регулировки основного зеркала с помощью трёх регулировочных болта М6 с пружинами и тремя стопорными болтами, тоже М6. По правилам в дисках должны быть отверстия, для охлаждения зеркала. Но так как у меня телескоп дома храниться не будет (будет в гараже), то и температурное выравнивание не актуально. Второй диск в таком случае заодно играет роль пылезащитной задней крышки.

На фото крепление уже с зеркалом, но без заднего диска.

Фото самого процесса изготовления.

В качестве опоры использовал монтировку Добсона. В интернете масса различных модификаций, в зависимости от наличия инструмента и материалов. Состоит из трёх частей, первая в которой зажимается сама труба телескопа —

Оранжевые круги это отпиленные кругляки трубы, в которые вставлены круги из 18мм фанеры и залитые эпоксидной смолой. Получилась составная часть подшипника скольжения.

Вторая — куда ставится первая, позволяет двигаться трубе телескопа по вертикали. И третья — круг с осью и ножками, на который ставится вторая деталь, позволяющая вращать её.

В местах опирания деталей прикручены кусочки тефлона, позволяющие легко и без рывков перемещать детали одну относительно другой.

После сборки и примитивной настройки прошли первые испытания.

Сразу же появилась проблема. Я пренебрёг советами умных людей не сверлить отверстия под крепления основного зеркала без испытания. Хорошо ещё, что пилил трубу с запасом. Фокусное расстояние зеркала оказалось не 900мм, а около 930мм. Пришлось сверлить новые отверстия (старые заклеены изолентой) и отодвигать дальше основное зеркало. Просто не смог поймать в фокус ничего, приходилось поднимать сам окуляр из фокусёра. Минус этого решения — крепёжные и регулировочные болты с торца не прячутся в трубе. а торчат. В принципе не трагедия.

Снимал с руки мобильником. На тот момент был только один 6мм окуляр, степень увеличения это отношение фокусных расстояний зеркала и окуляра. В данном случае получается 930/6=155 раз.
Испытание номер 1. До объекта 1км.

Номер два. 3км.

Главный результат достигнут — телескоп работает. Понятно, что для наблюдения планет и Луны нужна более качественная юстировка. Для неё был заказан коллиматор, ну и ещё один 20мм окуляр, и фильтр для Луны в полнолуние. После этого все элементы с трубы были сняты и поставлены обратно уже тщательней, прочнее и точнее.

Ну и наконец цель всего этого — наблюдения. К сожалению звёздных ночей в ноябре практически не было. Из объектов, что успел понаблюдать всего два, Луна и Юпитер. Луна выглядит не диском, а величаво проплывающим ландшафтом. С 6мм окуляром вмещается только её часть. А Юпитер с его спутниками просто сказка, принимая во внимание расстояние, которое нас отделяет. Выглядит он как полосатый шарик со звёздочками-спутниками на линии. Цвета этих линий различить не получается, тут нужен телескоп с другим зеркалом. Но всё равно — завораживает. Для фотографирования объектов нужно как дополнительное оборудование, так и другой тип телескопа — светосильный с малым фокусным расстоянием. Поэтому здесь только фото с просторов интернета, точно иллюстрирующая то, что видно с таким телескопом.

К сожалению для наблюдения Сатурна придётся ждать весны, а пока в ближайшем будущем Марс, Венера.

Понятно, что зеркала далеко не все расходы на постройку. Вот далее список того, что было куплено кроме этого:
US $24.25 Коллиматор, не обязательная вещь, но крайне полезная
US $14.20 Искатель
US $10.86 4мм тефлон
US $19.99 20мм окуляр
US $12.99 Лунный фильтр
US $16.99 6мм окуляр
US $18.92 Фокусёр

Сразу скажу, искатель как физически не подходит к такой монтировке (нужно под углом), так и по себе — пластиковая кака. Но даже с таким намного лучше, чем без такого. Планирую поставить туда лазер для наводки.

Получилось как в анекдоте — Если в детстве у тебя не было велосипеда, а теперь у тебя Бентли, то все равно в детстве у тебя велосипеда НЕ БЫЛО! Так и у меня с телескопом, ничего не поделаешь.

Вот вкратце и всё. Спасибо за внимание. Главная цель выполнена на 100%. На данным момент накапливаю знаний и смелости для постройки телескопа с 200мм зеркалом.

Читайте также: