Якщо ви коли-небудь бували на вечірці або зібранні астрономів-аматорів, які організовуються далеко за містами, щоб споглядати нічне небо, ви, безперечно, прогулювалися тією місциною. Скрізь видніються силуети телескопів і поруч – їхніх власників, які обмінюються ідеями та діляться нещодавніми досягненнями. Деякі телескопи обступають невеличкі групи людей, тоді як навколо інших збираються черги любителів космосу, що очікують на можливість хоч на мить поглянути на бажану ціль.
Часто найбільші натовпи можна спостерігати біля ньютонівських телескопів із великою апертурою, оскільки їхні об’єктиви дозволяють виявляти деталі, непомітні в менших приладах. Чи то заплутані лабіринти яскравої туманності, чи захопливе видовище зоряного скупчення, а чи тьмяне мерехтіння галактики по цей бік нескінченності – ці довершені телескопи справляють набагато сильніше враження від сантиметра побаченого, ніж будь-які інші пристрої подібного типу.
Основою цих складних і «витончених» інструментів ручної роботи є оптика. Майстри ретельно виготовляють та перевіряють дзеркала для всіх телескопів. Вони поєднують найсучасніші технології виробництва зі спеціальними методами тестування, щоб переконатися, що кожне дзеркало майже ідеальне.
Для того, щоб дізнатися всі тонкощі цієї справи, нещодавно я взяв інтерв’ю у власників кількох виробників оптичних елементів вищого класу, зокрема у Lightholder Optics, Optiques Fullum, Ostahowski Optics, Waite Research та Zambuto Optical. Керівники провідних компаній поділилися зі мною історіями, що стосуються різних тем: від того, як вони починали свою кар’єру, до конкретних технік і прийомів, які вони використовують при створенні справжніх шедеврів.
Неочікуваний старт
Бездоганні дзеркала для телескопів створюються в невеликих оптичних майстернях людьми, які зазвичай потрапляють у цей бізнес цілком випадково. Деяким щастить, і на ранньому етапі вони працюють із наставниками, які допомагають їм вдосконалювати свої навички. Карл Замбуто із компанії Zambuto Optical завдячує місцевому виробнику телескопів Ерлу Воттсу, який надихнув його зробити невелике (0,15-метрове) дзеркало.
«Я не виявляв жодної зацікавленості, але він наполягав. Тож я виготовив своє перше дзеркало і далі вже не зміг зупинитися … Наступними вихідними, перебуваючи зимового дня у будинку батьків у горах, я майстрував уже інше».
– розповідає Карл
Трохи інший випадок трапився з Нормандом Фуллумом із Optiques Fullum. Своє перше дзеркало він виготовив із необхідності.
«Я не міг дозволити собі телескоп, тому вирішив зробити його сам».
– коментує він
Однак далі історія повторилася, як і з Замбуто: «Результати були настільки втішними, що я захотів сконструювати друге, а потім іще одне».
Отож виробники телескопів, які просто займалися улюбленою справою без спеціальної підготовки, ділилися зображеннями з друзями та колегами-аматорами й, у такий спосіб, надихали останніх створювати власні дзеркала. Спершу справи рухалися повільно, але згодом, зі зростанням їхнього авторитету, нових обертів починав набирати і сам бізнес.
Етапи виготовлення дзеркала телескопа
Для початку нова заготовка майбутнього дзеркала «відшліфовується», щоб надати їй параболічної форми. Цей етап так і називається – «шліфування». У його процесі заготовку з’єднують із приладом, інакше кажучи, шліфувальним інструментом, який зазвичай виготовляється зі скла, гіпсу або кераміки.
На відміну від звичайних аркушів наждачного паперу, при шліфуванні дзеркал для телескопів їхню функцію виконують абразивний матеріал та вода. На заготовку посипають шар абразиву; далі розбризкують воду та включають верстат для обертання шліфувального інструменту. За потреби додають ще матеріалу та води. Чим більша його зернистість, тим швидший процес, але й також шорсткіша поверхня. Саме тому важливо часто вимірювати глибину вигину протягом усієї обробки.
Наступний етап – полірування. На цій стадії кожне дзеркало перевіряється на початковий вигин. Сферична форма здебільшого характерна для дзеркал із великою фокусною відстанню (зазвичай f/10 і вище). Проте сучасні ньютонівські системи з дзеркалами з меншою фокусною відстанню (нижче f/4) вимагають надзвичайно гладкої та точної параболічної форми для правильного фокусування світла, що надходить. Тому поверхня дзеркала повинна спочатку пройти процес, що називається фігуруванням.
Фігурування виконується за допомогою пропускання іншого інструменту вручну над дзеркалом, коли воно обертається на верстаті, а саме так званого шліфувального гіпсового (або інший поширений матеріал) диска, покритого смолою. Абразивний матеріал, що використовується на цьому етапі виробництва, технічно називається полірувальною сумішшю і дозволяє дуже точно коригувати вигини. Саме тут проявляється майстерність. Ретельні випробування та перевірки з подальшим повільним видаленням пагорбів, западин та інших нерівних зон на параболічній кривій, спочатку за допомогою верстатів, а потім вручну, мають вирішальне значення для досягнення виняткових результатів.
На кінцевому етапі для усунення всіх оптичних дефектів дзеркало декілька разів тестують із використанням інтерферометрів у спеціальних контрольованих умовах. Під час цього процесу ідеальне еталонне дзеркало із заздалегідь визначеною точністю порівнюють із новим, нещодавно виготовленим. Лазерний промінь проходить між двома дзеркалами, утворюючи на їхній поверхні серію ліній, які називаються смугами. Їх зчитує комп’ютер та після низки перевірок розраховує середні показники для визначення чіткості скла. Деякі керівники, як-от Террі Остаховскі з Ostahowski Optics, після цього зазвичай передають комп’ютерний звіт покупцеві з метою отримання об’єктивної оцінки якості дзеркала.
Коли виріб майже готовий, залишається лише нанести на нього покриття. Деякі підприємці вищого рівня надсилають свою продукцію авторитетним компаніям, які професійно цим займаються, тоді як інші роблять це самостійно. У будь-якому разі, більшість дзеркал преміум-класу мають покращене алюмінієве покриття, яке відбиває 96 відсотків світла, що падає на їхню поверхню. Для порівняння, стандартне алюмінування відбиває лише близько 90 відсотків.
Загалом сам процес відбувається у такий спосіб. Покриття поміщають у вакуумну камеру, у якій випаровується алюміній, щоб наситити її парою, яка рівномірно покриває дзеркало. Для виготовлення покращеного покриття на алюміній наносять кілька шарів діелектричної плівки. Насамкінець, щоб запобігти появі подряпин, на делікатну поверхню додають верхній захисний шар із діоксиду кремнію (SiO2), який є одночасно твердим і прозорим.
Ось у чому справжня майстерність!
Хоча загалом технології створення дзеркал однакові, у кожного виробника є свої хитрощі та секрети, коли справа доходить до виготовлення найкращої продукції.
«Заготовки для дзеркал – це здебільшого литі деталі, що вирізаються гідроабразивним методом із плоского листового скла … Ми розробили комп’ютеризований високошвидкісний верстат для глибокого полірування, запрограмований на серію рухів, щоб плавно переміщувати дзеркало для створення бажаної форми поверхні». Такі коректування тривають до останніх хвилин обробки дзеркала.
– пояснює Ґордон Вейт із Waite Research
Для Карла Замбуто із Zambuto Optical увесь процес залежить від контролю:
«Наша робота вимагає двох осіб для її підтримки. Ми використовуємо прості інструменти та верстати, які самі й сконструювали».
У такий спосіб вони контролюють кожен аспект у виробництві дзеркал: від лиття заготовки, загартування скла через нагрівання та повільного охолодження – до шліфування, полірування, фігурування, тестування та нанесення покриття. Верстати компанії Zambuto також мають додаткову перевагу:
«Кожен верстат виконує лише одну дію на певному етапі, що дозволяє нам виготовляти дзеркала за менших витрат».
– коментує директор
Інший спосіб полягає у тому, щоб розпочати роботу з попередньо створеної заготовки, що заощадить час та підвищить ефективність операцій. Саме цей шлях обрав Джон Лайтхолдер із Lightholder Optics. Спершу проходить процес зняття фаски скла, під час якого його кромки обрізаються та поліруються, щоб гарантувати, що вони правильно розсіюватимуть світло. «Після цього шліфування 40-мікронним абразивом оксиду алюмінію, яке триває доти, доки дзеркало не наблизиться до бажаної фокусної відстані, яку надалі необхідно підтримувати. Нарешті етап тонкого шліфування із використанням «30-, 20-, 9- і 3-мікронних порошків».
На завершення один цікавий факт. Компанія Optiques Fullum випустила найбільше дзеркало – 1,55-метрову оптику з f/3,5 фокусною відстанню. Для дзеркал розміром понад 0,6 метра вони створюють власні заготовки «Techno-Fusion» із використанням унікального процесу сплавлення. Це дозволяє виробляти дуже великі, міцні й напрочуд легкі для свого розміру дзеркала. Замість суцільного скла вони характеризуються відкритою центральною конструкцією, яка складається з двох тонких скляних дисків. Між ними розташовуються вертикальні колони з боросилікатного скла, що підтримують поверхню дзеркала. Така композиція не лише зменшує вагу, а й скорочує тривалість режиму нічного охолодження, необхідного для чіткого зображення.
Незалежно від технологій, кінцевим результатом є дзеркало, яке, після того, як його помістити у майстерно сконструйований телескоп, обов’язково викличе сплеск емоцій у будь-кого, хто погляне в нього … особливо – у гордого власника!