Oglinda de telescop

OGLINDA DE TELESCOP

Pentru cea mai mare parte a amatorilor din Romania achizitionarea unui instrument sau a opticii necesare construirii acestuia reprezinta de cele mai multe ori o problema serioasa. Pana de curand, cauza acestei probleme era lipsa instrumentelor de pe piata romaneasca. In momentul de fata (2006) in Romania exista deja firme specializate in achizitionarea de optica pentru instrumente astronomice. Trei din aceste firme le puteti gasi in sectiunea link la magazine de astronomie online. O solutie mai simpla ar fi sa va construiti singuri optica pentru un telescop.
Avind la baza o experienta de 8 ani in domeniul constructiei de oglinzi si mergind pe ideea lui Matei Alexescu ca o oglinda facuta de amatori poate depasi in finete si calitate una realizata " in fabrica" punem la dispozitia celor care vor sa se aventureze intr-un proiect de constructie a unei oglinzi un ghid care speram ca le va usura sarcina. Va recomandam sa va completati cunostintele si prin parcurgerea unor carti din domeniu, ca cele prezentatate in sectiunea link (carti, reviste, soft) biblioteca online.
Tinand seama ca ne adresam amatorilor incepatori, ce nu s-au mai ocupat cu constructia de telescoape, operatie delicata, care cere din partea constructorului multa abilitate, rabdare si perseverenta, vom propune un proiect minim, mai usor de realizat, dar a carui materializare va permite insusirea principalelor tehnici de lucru, iar, mai apoi, abordarea de proiecte mai indraznete va fi incununata de succes. Suprafata realizata nu trebuie sa se abata de la suprafata geometrica propusa (sfera sau paraboloid de revolutie) decat cu cel mult lambda/8, ceea ce, pentru lumina vizibila, este cam de 0,00007 mm! Vazand aceasta marime, amatorul s-ar putea simti descurajat. De aceea ne grabim sa-l informam ca toti constructorii de telescoape au avut de realizat aceasta performanta si cei mai multi chiar au depasit-o. Se cunosc oglinzi realizate de amatori cu o precizie de lambda/50!
Aceasta precizie extrema, care numai rar se intalneste la unele produse industriale, se datoreste faptului ca amatorul, neavand un plan de indeplinit, lucreaza in tihna, cu rabdare, pana atinge precizia dorita. Acest ghid va contine procesele prin care trebuie sa treceti pentru a realiza o oglinda sferica de 100 mm, aceasta fiind cel mai usor de realizat iar costul realizarii unei asemenea oglinzi poate fi foarte mic. Spunem sferica deoarece parabolizarea necesita unele dificultati in realizare si un control optic mai riguros. Procesele de realizare au la baza metoda descrisa in cartile lui Matei Alexescu.

Dar sa trecem direct la subiect si sa prezentam principalele etape de realizare:

1. Stabilirea proiectului
2. Procurarea materialelor necesare
3. Degrosarea
4. Finisarea
5. Polisarea
6. Aluminizarea sau argintarea

1. Stabilirea proiectului

Prin acest prim proces intelegem stabilirea unor anumite detalii care vor influenta tipul si dimensiunile oglinzii pe care o vom realiza. Primul lucru care trebuie stabilit este diametrul oglinzii. In cazul exemplului de fata acesta va fi de 100 mm. Desigur procedeele ce le vom prezenta pot fi aplicate la realizare unor oglinzi cu diametre mai mari. Singura problema in aceasta etapa o constituie gasirea sticlei la grosimea minima necesara. In mod normal oglinzile nu se slefuiesc in sticla mai subtire de 10 mm datorita deformarilor ce pot aparea la slefuire sau la fixarea oglinzii in barilet. Totusi experienta si practica ne-a demonstrat ca o oglinda de 100 mm ca cea propusa de noi se poate realiza si in sticla obisnuita de geam de 6 mm fara a afecta calitatea optica a acesteia. Daca doriti constructia unei oglinzi cu un diametru mai mare, in functie de numarul punctelor pe care se va sprijinii oglinda in barilet (3, 6 sau 9), grosimea minima a sticlei este data de formulele:
d (3 puncte) = D² / 1250
d (6 puncte) = D² / 3780
d (9 puncte) = D² / 4550
unde d = grosimea sticlei, D = diametrul sticlei, ambele in mm.
Al doilea lucru ce trebuie sa ne preocupe in aceasta faza e stabilirea distantei focale.
Raportul dintre distanta focala si diametrul oglinzii ne da luminozitatea. Amintim conceptul de luminozitate, deoarece si acesta trebuie luat in vedere in functie de domeniul pe care doriti sa il abordati folosind intrumentul realizat. De exemplu cei care doresc observarea stelelor variabile sau a obiectelor deepsky (nebuloase, galaxii, roiuri de stele) vor opta de la inceput pentru o focala mai scurta, iar cei care doresc observarea suprafetelor planetelor sau a Lunii vor opta pentru o focala mai mare. Se poate face si un compromis si anume alegerea unei focale care sa fie utila atat variabilistilor cat si celor pasionati de observarea suprafetelor planetare. In cazul nostru facem acest compromis si stabilim distanta focala la 1000 mm. Aceasta ne va da o luminozitate de 10 potrivita oricarui domeniu. Desigur, cu cat distanta focala e mai mica, cu atat constructia oglinzii e mai greu de realizat, luminozitatile foarte mici necesitand parabolizare pentru evitarea efectelor aberatiei de sfericitate.

Stabilind diametrul si distanta focala a oglinzii putem trece la calculul sagetii. Practic sageata ne arata cat trebuie sa adancim oglinda pentru a obtine distanta focala propusa. Daca notam cu r raza oglinzii, cu R raza de curbura (R=2f) a oglinzii si cu x sageata, marimea acesteia va fi:

x = r² /(2R)

    Deci iata cum vor arata datele stabilite pentru proiectul nostru:
        - diametrul oglinzii: 100 mm
        - grosimea sticlei: 6 mm
        - distanta focala: 1000 mm
        - luminozitate: 10
        - sageata: 0.625 mm
Avem "de adancit" deci oglinda noastra cu mai putin de 1 mm.
Odata ce avem aceste date putem trece la urmatoarea etapa.

2. Procurarea materialelor necesare

Citind cartile lui Matei Alexescu sau ale altor autori veti descoperi ca multe materiale amintite acolo nu se mai gasesc pe piata sau sunt foarte greu de procurat. Aflandu-ne in aceasta situatie am reusit sa improvizam diferitele materiale necesare.
Iata pe scurt cam de ce am avea nevoie:
- 2 discuri de sticla
- praf abraziv de diferite granulatii
- oxid rosu de fier
- smoala
Sticla se poate procura cu usurinta de la diferite ateliere specializate unde se poate face si taierea celor 2 discuri la dimensiunile dorite. Praful abraziv se poate procura din strainatate in orice cantitati si la orice dimensiuni avand costuri pe masura. O alternativa ar fi procurarea abrazivilor de la Carbochim Cluj, dar necesita anumite formalitati, abrazivii nefiind expusi la vanzare, fiind de asemenea importati din strainatate. Praful abraziv se poate obtine foarte usor prin spargerea si pisarea unei pietre de polizor. Bucati de piatra de polizor uzata pot fi procurate de la atelierele de rectificat. Unii autori sustin ca o buna oglinda de telescop se poate slefui chiar si cu "banalul" nisip de riu. Oxidul rosu de fier e un pigment folosit pentru zugraveli si poate fi gasit la magazinele de profil. Smoala de asemenea e larg folosita pentru izolatii si e imposibil sa nu o gasiti, cantitatea necesara fiind foarte mica.
Odata ce aveti sticla puteti trece la taierea acesteia. Taierea discurilor se poate face cu un dispozitiv de taiat sticla sau folosind o mica freza improvizata ca cea prezentata aici folosind praf abraziv si apa, procedeu cam anevoios dar recomandat, la sfirsit obtinindu-se un disc de sticla taiat uniform si neciobit.

3. Degrosarea

Inainte de a trece la aceasta operatie trebuie sa ne amenajam un spatiu de lucru. Metoda folosita de noi consta in transformarea unui scaun solid in suport pentru oglinda, eliminind necesitatea de a ne roti in jurul unui suport fix prin simpla rotire a scaunului intr-o directie bine stabilita.

Noi am folosit un scaun de bucatarie, pe care am fixat oglinda cu 3 bucati de cauciuc.

Acum ca avem tot ce ne trebuie putem sa incepem lucrul efectiv la oglinda.
Pentru operatia de degrosare vom folosi praful cu granulatia cea mai mare de care dispunem (ca o comparatie sa nu depaseasca granulatia nisipului de plaja). Lucrul incepe prin fixarea unuia dintre discuri cu ajutorul unor cale de lemn cu grosimea de cel mult jumatate din grosimea discurilor de sticla. Discul fixat de scaun se va numi unealta. Se imprastie pe unealta cat mai uniform abraziv (cam o jumatate de lingura) si apoi cateva pictaturi de apa. Asezati acum concentric al doilea disc (care se va numi oglinda). Veti avea de facut o serie de miscari:

- o miscare inainte si inapoi cu lungimea totala simetric repartizata fata de centrul uneltei de 1/3 din diametrul discului, cu o frecventa de cel mult 40-50 de curse pe minut.

- o miscare de rotatie a discului superior fata de cel inferior cu valori de 1/5, 1/8 din circumferinta discurilor efectuata la fiecare capat de cursa, lin si fara socuri.

- schimbarea pozitiei proprii la fiecare 10 - 15 curse in sens invers rotirii discului superior -oglinda- cam cu 1/6, 1/8 dintr-un tur complet.

Desi par grele, dupa cateva minute dupa ce ati inceput sa lucrati, aceste miscari va vor deveni familiare. Exista si alte tipuri de miscari care maresc procesul de concavizare a oglinzii, insa daca nu sunt bine stapanite pot duce la aparitia de defecte optice. De aceea e bine ca pentru inceput sa lucrati cu cursele "normale" prezentate anterior.
Operatia de slefuire se continua pana la obtinerea distantei focale dorite. Distanta focala se poate afla cu o oarecare exactitate udand oglinda cu apa si proiectand imaginea Soarelui pe un ecran de hartie. Distanta de la oglinda la ecranul de hartie, la care imaginea Soarelui are dimensiune minima si claritate maxima este distanta focala a oglinzii.
Odata atinsa distanta focala dorita putem trece la urmatoarea etapa.

4. Finisarea

Finisarea e operatia prin care oglinda se aduce la forma unei sfere cit mai perfecta inlaturind accidentele produse la degrosare. Operatia se face in mai multe etape trecand la un abraziv din ce in ce mai fin. Pentru cei ce folosesc piatra de polizor maruntita acesta se obtine prin decantarea minutata a prafului obtinut. Smirghelul minutat se obtine prin operatii de decantare si levigare a prafului abraziv dupa cum urmeaza. Intr-un borcan de circa 10 litri, folosit curent in gospodarie la pastrarea muraturilor, se introduce praful maruntit si se umple cu apa. Se agita puternic cu un bat, avand grija sa nu se sparga vasul, pana ce tot praful va fi antrenat de miscarea turbionara. Din acel moment se cronometreaza 40 de minute, dupa care se sifoneaza apa intr-un alt vas de 10 litri foarte curat si se lasa sa se linisteasca pana a doua zi. Pe fundul vasului se va depune un precipitat alcatuit din parf de smirghel foarte fin, nepalpabil. Se sifoneaza cu grija apa iar praful se depoziteaza intr-un borcanas curat pe care se va nota 40 de minute. Se agita din nou apa din primul vas si se lasa 20 de minute. Se procedeaza ca si in primul caz si se obtine smirghel decantat 20 de minute. Tot asa se va obtine smirghel decantat de 10 minute, 5, 3 1 minut si 30 de secunde. Cantitatile obtinute vor fi mai mari la ultimele granulatii (cele de 30 secunde). Pentru a obtine o cantitate cit mai mare de praf pe care sa-l puteti utiliza la finisare, e recomandat sa incercati maruntirea cit mai fina a pietrei.
Finisarea cu fiecare abraziv decantat se face pana cind se inlatura urmele abrazivului anterior. Puteti aprecia momentul in care sa treceti la un abraziv mai fin inspectand suprafata oglinzii cu ajutorul unei lupe. Daca suprafata oglinzii prezinta puncte de aproximativ aceeasi dimensiune se poate trece la urmatorul abraziv, in caz contrar se continua finisarea cu acelasi abraziv.
Orientativ, reprizele de lucru minime ce se executa cu fiecare abrazvi sunt date in tabelul de mai jos.

Granulatie	Reprize de lucru
Smirghel mediu Smirghel fin Decantat 1 minut Decantat 3 minute Decantat 5 minute Restul abrazivelor 10m, 20m, 40m	30 20 10 10 10 6

Finisarea se considera incheiata daca privind prin oglinda un text, acesta poate fi citit de la o distanta de 2-3 centimetri.

5. Polisarea

Polizarea este procesul prin care se elimina accidentele lasate de abrazivii de la finisare, de lustruire, prin care se obtine o suprafata transparenta dar concava a oglinzii. De regula polizarea se face pe suprafete moi, de pasla sau smoala. Pentru aceasta etapa trebuie sa construim un polizor de smoala.
Realizarea polizorului de smoala se poate face in mai multe feluri, insa sunt mai uzuale doua dintre ele:

- turnare smoala pe matrita in care apoi se executa santuri de grosime egala

- construirea separata a patratelor de smoala care mai apoi vor fi lipite pe matrita.

In primul caz se procedeaza in felul urmator: Se alege o cantitate de circa o jumatate de kg de smoala de buna calitate care se va topi intr-un recipient curat pe foc mic pentru a evita aprinderea acesteia (poate fi folosita si cutia unei conserve). Dupa ce smoala se va topi, vom lua o cantitate mica si o vom lasa sa se raceasca. Dupa racire vom apasa usor cu unghia timp de cateva secunde si vom vedea ce se intampla. Daca dupa apasare pe smoala apare o urma bine definita a unghiei atunci smoala are duritatea necesara. Daca urma se vede foarte slab atunci trebuie sa mai turnam in smoala o cantitate mica de petrol lampant. In caz contrar (deci daca smoala este prea moala) se va lasa pe foc pentru a mai pierde din substantele volatile pe care le contine. Dupa atingerea duritatii necesare se va trece la pregatirea matritei. Pentru a evita spargerea matritei in momentul contactului cu smoala fierbinte, trebuie sa incalzim matrita usor in apa calda la circa 40-50 grade celsius (acest lucru se va face treptat). Vom scoate apoi matrita din apa, o vom sapuni bine si o vom aseza pe un suport de lemn. Vom aplica pe marginea acesteia o banda de hartie care sa depaseasca matrita cu circa 2 cm. Dupa aceea vom turna printr-n tifon fixat pe un cadru, smoala in "paharul" astfel realizat, cu grija, de la centru spre margine. Vom avea grija ca la sfarsit sa mai turnam pe mijloc o mica cantitate de smoala (sa obtinem o umflatura). Vom trece acum la incalzirea oglinzii (la fel ca si matrita) dupa care o vom sapuni si o vom aplica peste smoala turnata peste matrita nu inainte de a lua banda de hartie de pe marginea matritei. Vom aplica presiuni usoare pentru ca smoala sa ia forma oglinzii. Vom indeparta apoi oglinda de pe matrita si vom lasa smoala sa se raceasca. Dupa racire vom trece la realizarea santurilor. Acestea se vor face cu ajutorul unui cutitas pe care il realizati din tabla in forma literei V, care se va incalzi la flacara. Santurile vor avea grosimea de maxim 5 mm iar distanta dintre ele va fi de 2 cm. Polizorul de smoala va fi gata in momentul in care vom termina de taiat toate santurile de grosmie egala si la distante egale unul fata de celelalte. Trebuie precizat faptul ca centrul matritei trebuie sa cada spre coltul unui patrat (polizorul nu trebuie sa fie simetric pentru a nu da erori periodice). Urmatorul pas dupa realizarea polizorului este presarea la cald si la rece care preced polizarea.

A doua metoda desi pare mai dificila este mai usor de realizat iar polizorul obtinut este de calitate mai buna. Se procedeaza ca si in primul caz, smoala se topeste la foc mic si se incearca duritatea. Se pregatesc dinainte 2 bucati de sticla suficient de mari (20 cm/30 cm) care se vor incalzi treptat in apa fierbinte. Dupa ce smoala s-a topit se ia de pe foc si se lasa circa 5-10 minute sa se raceasca (nu trebuie sa se raceasca complet ci sa fie inca fluida pentru a o putea turna). Vom aseza o placa de sticla pe un suport de lemn (eu am folosit pentru aceasta masa de bucatarie de pe care am luat fata de masa-deci direct pe lemn) si o vom sapuni bine. Vom lua acum smoala care este inca fluida si o vom turna usor pe suprafata sticlei. Vom avea grija sa turnam smoala in asa fel incat sa nu cada pe margini, iar grosmiea stratului sa nu fie mai mica de 5-8 mm. Vom astepta 2 -3 minute ca smoala sa se raceasca, dupa care cu ajutorul altei sticle incalzita in apa si sapunita bine se va executa presiuni usoare pentru a intra in contact cu toata suprafata smoalei. Vom lasa smoala sa se raceasca dupa care vom indeprat sticla de deasupra. Vom obtine o forma neregulata de smoala cu grosmiea de circa 5 mm. Urmatorul pas va fi sa desenam pe suprafata astfel formata patrate de smoala cu latura de 2 cm. Vom taia toata cantitatea de smoala in patrate dupa care vom lua matrita si vom desena pe ea cu un creion moale patrate de smoala de 2 cm cu distante intre ele de 5 mm. Urmatorul pas consta in lipirea patratelor pe matrita. Acest lucru se poate face prin incalzirea la o flacara a spatelui patratului pana se obtine o picatura de smoala si apoi se aplica in locul desenat pe matrita. Eu am incercat acest procedeu insa din cauza ca patratul de smoala era prea subtire se deforma considerabil, De accea m-am gandit la alt procedeu de lipire. Am ales folosirea petrolului lampant pentru acest lucru. Si anume, in locurile in care trebuiau lipite patratele am pus o picatura de petrol lampant si apoi am aplicat patratul de smoala efectuand o usoara presiune pana ce picatura se intinde pe toata suprafata patratului. Dupa circa 10-20 de secunde se poate trece la lipirea urmatorului patrat. Dupa lipirea tuturor patratelor se vor taia marginile care depasesc matrita si se va trece la efectuarea presarilor. Se va face o presare la cald (cu matrita si oglinda incalzita usor) cu o greutate de maxim 5Kg, apoi dupa ce toate patratele polizorului vin in contact cu oglinda se va trece la presarea la rece. Presarea la rece se face pentru o perioada de minim o ora. Pe polizor se aplica un strat subtire de oxid rosu de fier peste care se preseaza apoi oglinda. Se pune si aici o greutate de aprox. 5 Kg.
Miscarile sunt aceleasi ca si la degrosare sau finisare, respectand marimea curselor, evitand pe cat posibil miscarile bruste si intrerupte, si fara a apasa oglinda pe polisor. Polizarea se considera incheiata cand pe oglinda nu mai este vizibil nici un punct, poate unul sau doua pe o suprafata de 2 cm patrati.

6. Aluminizarea sau argintarea

Acesta este ultimul proces in realizarea unei oglinzi. Argintarea sau aluminzarea se poate realiza cel mai usor la diferitele ateliere de specialitate din tara. Mai putin recomandabil este sa incercati singuri sa argintati oglinda. Nu dam detalii despre acest proces deoarece implica folosirea unor substante periculoase si nu dorim sa incurajam amatorii sa se aventureze in argintarea proprie a oglinzii.