Монтировки телескопов и системы сопровождения

Монтировки телескопов и системы сопровождения наводят телескоп на цель и плавно следуют за ней по мере того, как вращение Земли перемещает ее по небу.

Definition

Монтировка телескопа — это механическая конструкция и система управления, которая поддерживает оптическую трубу, позволяет наводить ее в любую доступную точку неба и приводит ее в движение для отслеживания небесных объектов на фоне кажущегося вращения небесной сферы.

Scope

Эта тема охватывает геометрии экваториальных и азимутальных монтировок, системы привода и энкодеров, модели наведения, корректирующие прогибы и рассогласования, сидерическое сопровождение и вращение поля, гидирование для поддержания субсекундной стабильности, а также структурную конструкцию, которая обеспечивает выравнивание оптики при движении телескопа.

Core questions

• Чем экваториальные и азимутальные монтировки отличаются в сопровождении и вращении поля?
• Какая точность необходима для наведения и для сопровождения, и как каждая из них достигается?
• Как моделируются и корректируются прогибы и ошибки выравнивания?
• Почему азимутальная монтировка требует деротации поля?

Key theories

Экваториальная против азимутальной геометрии

Экваториальная монтировка выравнивает одну ось с осью вращения Земли, так что один привод с постоянной скоростью отслеживает небо, в то время как более дешевая, более жесткая азимутальная монтировка должна приводить в движение две оси с переменными скоростями и вращать поле, чтобы оно оставалось неподвижным.

Модели наведения

Систематические ошибки, возникающие из-за рассогласования осей, гравитационного прогиба и неточностей подшипников, характеризуются путем наблюдения опорных звезд и подгоняются под модель, которую система управления применяет для улучшения абсолютного наведения.

Стабильность гидирования и сопровождения

Длительные экспозиции требуют, чтобы ошибки сопровождения оставались ниже предела видимости или дифракционного предела, что достигается точными энкодерами и автогидами, которые фиксируются на звезде и передают корректировки обратно на приводы.

Clinical relevance

Производительность монтировки и системы сопровождения определяет максимально возможную выдержку и достижимую астрометрическую точность и точность изображения; переход к управляемым компьютером азимутальным монтировкам сделал нынешнее поколение очень больших телескопов механически и финансово осуществимым.

History

Экваториальная монтировка Фраунгофера с часовым механизмом, созданная в 1820-х годах, сделала возможными длительные фотографические экспозиции, и экваториальные конструкции доминировали более века. По мере роста телескопов более легкая и жесткая азимутальная монтировка, ставшая практичной благодаря компьютерному управлению, стала стандартом для больших инструментов, начиная с советского БТА-6.

Key figures

• Joseph von Fraunhofer
• George Ellery Hale

Seminal works

• kitchin2013
• bely2003

Frequently asked questions

Почему крупные современные телескопы используют азимутальные монтировки, несмотря на необходимость вращения поля?

Азимутальные монтировки движутся только по горизонтальной и вертикальной осям, поэтому они гораздо жестче, легче и дешевле в изготовлении для больших размеров, чем экваториальные монтировки. Плата за это заключается в том, что обе оси должны приводиться в движение с переменными скоростями, а поле зрения должно быть деротировано, что теперь рутинно обрабатывается компьютерным управлением.

Что такое вращение поля и почему это важно?

На азимутальной монтировке ориентация неба в фокальной плоскости меняется по мере того, как телескоп отслеживает цель по небу. Без ротатора инструмента для компенсации звезды будут смазываться при длительных экспозициях, поэтому азимутальные телескопы включают деротатор для поддержания поля неподвижным.