注册 登录  
 加关注
查看详情
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

军工.科技.新知

追索科技成就,关注发展动向

 
 
 

日志

 
 

眺望星空的高加索之眼 - 苏联BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三)  

2010-10-20 22:22:50|  分类: 科技成就 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |

       1928年,美国芝加哥大学天体物理学家乔治.埃勒里.海尔(George Ellery Hale)从洛克斐勒基金会得到600万美金的补助款,在其参与创建的加州理工学院管理下,计划建造一个包括200吋(5米)反射镜的天文台。30年代初期,海尔选择了位于加州圣地亚哥高1,700米(5,600尺)的帕洛马山,这是美国最好的场所,几乎完全不会受到洛杉矶等城市中心日见增长的光污染影响。康宁玻璃工厂被选择以新的派热克斯玻璃制造200吋镜片的艰巨任务。从1936年开始观测所和天文台的工程建设,但受到第二次世界大战的影响而中断,望远镜直到1948年才最后完成。

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

美国天体物理学家乔治.埃勒里.海尔

        这是一项空前浩大的工程,人们为此付出了史诗般的巨大努力,为了减小因导热太慢而造成的形变,整个玻璃的背面被浇铸成蜂窝状,浇注后后又经过10个月的退火处理,最后用专列沿特定的路线,将镜坯运往筹建中的帕洛玛山天文台进行磨制。施工中用31吨磨料磨去镜面中心部分的4.5吨玻璃,最后成型时反射镜本身重达14.5吨,镜筒重140吨,整个望远镜的转动部分重530吨!然而这样一个庞然大物却运转自如。它能拍摄到暗至23等的天体,也就是说,比我们平常用肉眼所能看到的最暗的天体还要暗600万倍。经过长时间曝光,甚至可以拍摄到远达10亿光年的星系的光谱。在每一个天空晴朗的夜晚,来自加州理工学院、康乃尔大学和喷射推进实验室的科学家们都会使用它来进行研究工作,现在它已经配置了现代的光学和红外线影像数组与调适光学系统,成为世界著名的大型天文望远镜之一。

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

这就是帕洛马山上的200英寸海尔望远镜

       但是竞争很快在二战后开始。50年代末,苏联科学院决定建设一台新的大型望远镜以超过5米的海尔望远镜。这台新望远镜的直径被确定为6米,这差不多是单面固体望远镜的最大极限。在其之后世界其他各国建设的口径更大的望远镜,都采用了多面镜片拼接的工艺。该望远镜的镜片由列宁格勒光学机械联合体,也就是著名的LOMO工厂制造。

       与之前的大型望远镜相比,BTA-6经纬台式大型望远镜采用了许多新技术。首先,正如其名字所示,它使用的是经纬台式架台,与赤道仪相比结构简单、造价低。我们知道,承载天文望远镜的架台主要有两种基本形式----经纬台和赤道仪。什么是经纬台呢?简单来说,就是使天文望远镜相对于地平线做上下以及水平方向运动的架台。而镜筒可以绕着极轴(赤经轴)旋转,又可以绕着与极轴垂直的轴(赤纬轴)旋转的支架叫做赤道仪式架台,它们各有所长。

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

以小型光学望远镜为例说明经纬台原理

         经纬式支架比赤道仪式支架的结构简单、轻便、移动灵巧,镜筒可以上下左右地转动自如,即使是不熟悉的人也可方便地使用这种支水架台.对向任意的星空位置。但缺点是:为了跟踪走出视野的星星,必须不断地使仪器上下左右移动。对观测者来说.恐怕不会感到那么自由。当然,如果是小型天文望远镜用手操作就可以了,但如果是几百吨的大家伙呢?所以在BTA-6之前,世界上的大型天文望远镜都是采用赤道仪式架台。

      其次,BTA-6创新性地采用了水平式焦点(Nasmyth focus)的光学设计。传统上,大型望远镜以主焦点(Prime focus),连同卡塞格林式焦点(Cassegrain focus)或连同库德式焦点(Coude focus)为其基本光学系统。就卡塞格伦式来说,它的缺点是探测仪器(如光谱仪),必须放在镜筒下方(后面),因此赤道仪的结构必须要「粗重」到能多承载其重量,镜筒支撑也要补强到抵抗变形的重量。

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

BTA-6的水平式焦点设计原理

       然而,水平式焦点在光路的安排上,利用第三反射镜,将星光引导到镜筒两侧,使探测仪器的重量离开镜筒,直接放在经纬台的水平X轴上。不像赤道仪搭载仪器时,赤经与赤纬轴都会受力,简化了机械工程上的困扰。这种结构使得主镜所聚焦的成像被反射到镜筒侧面。这样光学胶片或是CCD装置可以装置在主镜外,利于减轻总体的重量。而且这两侧的仪器安排,还可视各种不同需要而改装。换言之,连同主焦点在内,天文学家在一个观测夜里有三种焦点可供使用,大大提高了观测的效率及多样性。
       但是反过来说,经纬台在追踪星体时,其控制系统必须有足够的记忆容量,在各星体不同的经纬度时,给予不同的驱动指令。在那电脑体积大如厂房的五、六十年代,有谁敢冒失败的风险,来进行这世界第一的望远镜建造计划?只有苏联就不计成本地,为BTA-6米镜发展了一套编号M222的计算机控制系统,记忆容量为16,000byte,在操控中实际使用量为4,000byte。因此,BTA-6米镜证明了经纬台大望远镜的可行性。
      M-222计算机由苏联喀山计算机厂研制,而位于列宁格勒的Коровяковского计算中心则成立了研发小组,为计算机编制程序。这个小组不仅包括计算机专家,也包括了天文学家,年轻的阿列克谢耶夫、列别杰夫等科学家为该系统专门设计和调试了用于天体物理技术的特殊算法。

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

 这就是当年的M-222计算机,由喀山计算机厂研制

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

                    左:计算机的存储器,需要配备空调散热系统;                          右,计算机界面程序运行

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

 当年的主控制台

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

科学家们正在编制程序 

        然而,最艰巨的任务就是光学镜片。这是BTA-6的又一个创举:建造直径6米的世界最大的单片光学玻璃镜头!!

       光学镜面的设计制作是一项全新的工程。1960年3月25日,苏联政府批准Lytkarino光学玻璃工厂执行该项目。这项任务十分艰巨,因为要投产的毛玻璃就重达70吨,还要涉及退火工艺,以及中心孔、背面等60个部分的盲孔的所有表面复合加工过程。这是一项前所未有的挑战!
    1963年12月,莫斯科“Тепломонтаж”企业承担了镜铸造炉制造任务,而焰窑设计建造的任务落到了列宁格勒“Гипростекло”工厂的头上。

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客 眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客
 

左图是为了该项目专门研制的OKB - 945退火炉,右图是专门研制的玻璃浴炉   

       1964年11月20日,望远镜主镜开始铸坯,而接下来的退火过程长达2年零6天!退火工作最后在1966年12月5日结束。
       接下来的步骤就是开始加工出所需的形状, 但这项任务并不容易,因为考虑到当时的大光坯加工所获得的经验几乎微不足道,为了保证加工方坯的质量,经过科学家和工程技术人员的研究决定采用金刚石切削工艺。为了能够实现大尺寸加工,科洛姆纳重型机床厂1963年专门研制了大型光学玻璃加工机床КУ-158。

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

        这是一台庞然大物,离地面高度:8.315米;,总高:9.765米;宽度:1.7600米;长:8,615米。这台机床具有革命性的功能:

-铣平面;
-光学仪器表面粗磨;
-加工复杂曲面;
-钻铣孔;
-整理孔-珩磨;
-加工复杂孔洞;
-磨削和研磨抛光平面,球面和圆柱面等。

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客
左:加工的复杂孔系图纸;右:加工时情景
       整个磨削过程共消耗了12万克拉的天然金刚石,其中仅磨掉28吨边料就耗费了7000克拉!
       而主镜表面的精密处理在列宁格勒完成,LOMO的专家们采用了由科洛姆纳重型机械制造厂研制的一个特殊的恒温环境内的独特磨床系统。这个巨大的系统采用了1台龙门式吊车安装起来。

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

特殊的磨削工具

 而最后的装配在列宁格勒光学仪器厂内完成。

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客 

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

 

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

             1968年开始,部件陆续运到高加索,开始了现场安装,从列宁格勒发出的设备动用例如各种大型机械,甚至包括飞机。

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

当年运输部件时的情景

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

          与此同时,在高加索山上的天文台观测室工程也全面展开

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

        这还没有完全结束,镜面真空镀铝是一项艰难的工作,因为需要在28平米的镜面上真空镀层厚度仅为1/10000毫米的铝膜。这又是一个挑战。为此高尔基机器厂专门设计并建造了一台特殊的真空机组ВУАЗ-6,用于该镜面表面镀膜。研制工作从1963年开始,直到1970年才完成投入使用。

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

ВУАЗ-6真空镀铝机组在现场投入使用

         整个系统于1976年安装完成,直到80年代投入使用。与BTA-6米望远镜同时期的ATT3.9米镜(英、澳合作)、美国基特峰天文台(Kitt Peak OBS)的4米镜,以及夏威夷冒纳基亚山天文台的CFHT3.6米镜(加、法、美合作),甚至是1985年完成的卡拉阿托天文台(Calar Alto OBS)ZEISS蔡司3.5米镜,都仍使用赤道仪架台与传统的卡塞格林式焦点。
       在这之后,各国的新型望远镜如:一九八六年英国的WHT 4.2米镜、一九九二年美国的KECK10米镜,甚至是一九九九年的GEMINI双子星计划与日本SUBARU8米镜,都可以看到BTA6米镜曾经「以身试法」的经纬台设计与水平式焦点。由此可见,BTA6米镜的设计概念,比其他西方国家超前了一个世代。
      但是作为先驱,BTA-6也不得不承受了先驱的“献身”。虽然其口径非常巨大,但是实际成像能力和科研能力却并不高。首先,由于巨大的单一镜片非常沉重。受自身重量和热胀冷缩的影响,镜片很容易发生变形。实际上,1975年所安装的主镜在使用后不久就发生了破裂,结果导致其成像能力只有设计值的60%左右。1978年苏联又用了一面新的派热克斯玻璃替换了它。
       其次,其选址也并不利于天文观测,由于资料缺陷,没有考虑到该天文台所在地常有大风,温度变化也极为不稳定。所以投入使用后就不断的要与大风做斗争,这也使得设备的利用率严重受到影响。直到近年来,该望远镜也更换了膨胀率更低的玻璃并加装了CCD成像系统,才逐渐的走上了正规的科研计划。
       虽然BTA6米镜在天文学研究上,受到台址自然环境的影响(温差、强风)与经济环境的限制,而未能有重大的发现,但是仍无损其大望远镜「先驱」的地位。
     眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客
眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客
眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客
眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客
   
                       星空并不遥远!!

眺望星空的高加索之眼    -  红色帝国BAT-6经纬台式大型天文望远镜传奇(三) - 巡航者 - 巡航者 的 博客

 

  评论这张
 
阅读(2719)| 评论(4)

历史上的今天

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2018