Вариант 6 модернизация электропривода телескопа

Большой телескоп азимутальный является первым в мире крупным телескопом c современной высокоточной системой автоматического наведения и ведения, установленным на азимутальную монтировку. Телескоп предназначен для изучения внегалактических объек­тов, звёзд, туманностей и планет солнечной системы. Основной светособирающей деталью телескопа является главное зеркало диаметром 6 метров, установленное на уникальную рычажную систему разгрузки, обладающую ничтожно малым коэффициентом трения. Система Несмита телескопа БТА с фокусным расстоянием 180 м и поле 100 мм предназначена для проведения исследований с крупногабаритными светоприемными приборами, устанавливаемыми на правом и левом балконах монтировки телескопа. Оптическая система Несмита телескопа предназначена также для работы c укорачивающей или удлиняющей фокусное расстояние линзовой системой и линзовой системы c параллельным ходом для работы с интерференционно-поляризационными фильтрами. Характеристика места установки телескопа представлена в таблице

Телескоп БТА выполнен на альтазимутальной монтировке, которая имеет две основные оси вращения - азимутальную (вертикальную) и зенитную (горизонтальную). Основной задачей монтировки телескопа является точное наведение трубы по заданным координатам телескопа и точное сопровождение объекта по небесной сфере. Металлоконструкции и приводы обоих осей 6-метрового телескопа составляют основу его опорно-поворотной части. Необходимую жесткость и стабильность телескопу придают

Характеристики места установки телескопа

Наименование	Величина
Координаты места установки телескопа: широта долгота	43° 35' 41° 26'
Сейсмичность места установки телескопа	6 балов
Рабочий перепад температур	от -20 °С до +30 °С
Диапазон вертикализации азимутальной оси	±15 угл.мин
Допустимые углы поворота азимутальной оси: максимальное значение рабочее значение	± 280 ° ± 240 °

его металлоконструкции, а приводы обеспечивают их плавное вращение вокруг основных осей.

В соответствии с числом осей, телескоп имеет два основных привода. Азимутальный, который обеспечивает вращение всего телескопа на ±240° вокруг вертикальной оси (азимут места) и зенитный, который служит для разворота трубы на 0 - 90° (по зенитный углу) вокруг горизонтальной оси. Общая схема телескопа показана на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Общая схема телескопа

Наиболее простым, принципиально правильным решением задачи является экваториальный тип монтировки. Однако, известно, что точность наведения и ведения телескопа зависят также от других факторов, а именно:

- точности установки часовой оси телескопа;

- сложности закона изменения атмосферной рефракции;

- дифференциальной рефракции;

- технологической точности изготовления привода;

- точности подшипников (применение гидростатических подшипни­ков для оси склонения связано с большими трудностями);

- деформации конструкции монтировки;

- нестабильности закрепления оптических деталей (например, главного зеркала) в оправах.

Эти факторы ограничивают точность наведения и ведения, требуют применения ЭВМ для введения поправок, требуют установки общих и местных фотоэлектрических гидирующих устройств. На рис. 6.2 показаны две разновидности азимутальной монтировки.

Рис. 6.2. Виды азимутальных монтировок:

1 – горизонтальная монтировка; 2 – альтазимутальная монтировка

По ряду причин альтазимутальная монтировка оказалась предпочтительнее, несмотря на менее благоприятные условия в отношении динамических ограничений: при горизонтальной монтировке наибольшие скорости вращения возникают около горизонта (вблизи точек востока и запада, то есть в практически нерабочей зоне), а при альтазимутальной – в близ зенитной области неба, которая по этой причине оказывается недоступной для наблюдений.

Учитывая изложенное выше, а также очень большой вес вращаю­щихся частей, для телескопа БТА принята схема азимутальной (альтазимутальной) монтировки, это значит, что наведение трубы телескопа на выбранные объекты небесной сферы осуществляется вращением ее вокруг вертикальной оси − изменение азимута, и вокруг горизонтальной оси − изменение зенитного расстояния.

Монтировка представляет собой как бы вилочную монтировку обычного (экваториального) типа, часовая ось которой установлена вертикально, однако это простое решение при огромном весе вращающихся частей телескопа, требует принципиально новых решений при ее проектировании и изготовлении.

Принятая схема азимутальной монтировки телескопа БТА обеспечивает наблюдение всех объектов, кроме находящихся на расстоянии менее 5° от зенита. Объекты, попадающие в эту область, должны наблюдаться в западной, восточной и северной частях неба.

Система азимутальной монтировки имеет следующие преимущества:

− опоры жидкостного трения, являющиеся наиболее совершенными при больших нагрузках и малых скоростях, применены для обеих осей монтировки, что обеспечивает точность и плавность ведения трубы телескопа;

− деформации монтировки имеют постоянную величину и знак и не влияют на точность ведения и наведения;

− перпендикулярность осей монтировки при постоянных деформа­циях выполнена с большой точностью;

− изменение деформаций несущей конструкции (оправы) главного и вторичного зеркал и гида происходят в одной плоскости;

− расширена возможность установки светоприемной аппаратуры лабораторного типа в фокусе Несмита;

− конструкция монтировки не подчинена географической широте, что позволило вести работы по выбору места установки телескопа так же и в период проектирования и изготовления телескопа;

− в куполе телескопа отсутствуют традиционные подъемные площадки для наблюдений, легко обеспечивается синхронизация теле­скопа и купола;

−в подкупольном пространстве находятся все оптические системы телескопа и стационарной светоприемной аппаратуры, что облегчает их термостатирорание в дневное время.

Недостатки альтазимутальной монтировки:

−усложняется система управления телескопом, поскольку она требует наличия высокоточного, быстродействующего преобразователя координат, который может быть удовлетворительно реализован только методами дискретной вычислительной техники; значительные трудности вызываются в ряде случаев необходимостью компенсации вращения полей (параллактического угла) в первичном фокусе и гиде;

−недоступна для наблюдений близ зенитная область неба;

−невозможно слежение за наблюдаемым объектом без помощи фотогида.

Преимущества альтазимутальной монтировки оказались более убедительными, так как рациональное решение практически неизменной во времени оптико-механической части является определяющим фактором успешной работы инструмента. Выбор азимутальной монтировки для крупнейшего телескопа позволил применить гидростатические подшипники для обеих осей телескопа, что обеспечило очень плавное и точное ведение его за звездой. Азимутальная монтировка позволила упростить систему "неподвижного фокуса" (фокуса Несмита) и разместить крупногабаритную светоприемную аппаратуру на телескопе в почти лабораторных условиях.

Монтировка телескопа предназначена для ведения трубы телескопа за объектами, имеющими скорость, отличную от скорости вращения небесной сферы (планеты, Луна и пр.). Кроме того, монтировка телескопа предназначена для размещения на балконах светоприемных приборов, работающих с оптической системой Несмита и для разме­щения исследователей, ведущих работу с этими приборами, и для установки в ее правой стойке основного звездного спектрографа.

Монтировка телескопа БТА состоит из двух основных частей: опорно-поворотной части (ОПЧ) и стоек c приводом горизонталь­ной оси.

ОПЧ состоит из следующих основных узлов (рис.6.3):

− платформа (поз.1);

− вертикальная ось (поз.2);

− крылья и площадки (поз.3);

− блок колес (поз.4);

− радиальная опора (поз.5);

− гидростатические опоры (поз.6);

− привод вертикальной оси (поз.7).

Опорно-поворотная часть (ОПЧ) предназначена для установки на ней стоек, несущих консоли горизонтальной оси. ОПЧ является частью монтировки, которая расположена ниже уровня пола подкупольного помещения, она монтируется на центральном железобетонном фундаменте в башне и представляет собой жесткую сварную платформу 6 с вертикальной осью. На уровне пола ОПЧ имеет вид составной круглой площадки диаметром в 12 метров. Все опоры ОПЧ установлены на центральной части фундамента, отделенной от фундамента здания.Платформа - это коробка, имеющая в горизонтальном сечении прямоугольную форму, к средней части платформы снизу приварен барабан 8 с фланцем в соответствии с рис. 1.3, к которому крепится сферическое опорное кольцо 16. На нижней части платформы приварены четыре кронштейна 12, являющиеся упорами для гидростатических домкратов 13.На верхнем горизонтальном листе платформы приварены пластины 19 с обработанными поверхностями, к которым крепятся стойки, образующие совместно с платформой вилку.На нижнем листе платформы (внутри барабана 8) имеется кольцевой платик для крепления вертикальной оси 2 и платик c контрольной риcкой для правильной установки оси.

К стенкам платформы крепятсякрылья 18 и 20, образующие совместно с платформой круглую площадку. На продольных стенках платформы предусмотрены платики для крепления установочных площадок 3. Для удобства обслуживания и для прокладки кабелей в наружных стенках и во внутренних перегородках предусмотрен ряд отверстий и лазов. В верхнем листе платформы имеются лазы для проникновения внутрь платформы через полости стоек. В центре платформы предусмотрен лаз 17 под которым находится скоб-трап. В нижнем листе платформы лаз для проникновения внутрь вертикальной трубы, лаз закрывается крышкой. В верхнем листе платформы также предусмотрены лазы 15 для проникновения внутрь платформы через полости стоек монтировки. Сферическое опорное кольцо 9 передает нагрузку всей вращающейся части телескопа на сферические гидростатические подушки. Кольцо имеет тщательно обработанную сферическую поверхность и своим фланцем, при помощи болтов крепится к фланцу платформы.

Рис.6.3. Опорно - поворотная часть телескопа:

1 − платформа; 2 – вертикальная ось; 3 – крылья и площадки; 4 – блок колес; 5 – радиальная опора; 6 – гидростатические опоры; 7 – привод вертикальной оси; 8 – барабан; 9 – опорное кольцо; 10 – приспособление для вывешивания блока колес; 11 –опорный материал; 12 – кронштейн; 13 – домкраты; 14 –опорное кольцо;

Вертикальная ось представляет собой стальную трубу, состоящую из трех секций, соединенных между собою болтами. На фланце каждой секции имеются контрольные риски, которые совмещаются при монтаже. Фланцем верхней секции ось крепится к барабану 8. К нижнему фланцу оси крепится втулка нижнего опорного узла (радиальной опоры). На средней части оси болтами закреплен съемный блок колес, который четырьмя болтами центрируется относительно оси вращения и является частью привода вертикальной оси. На кронштейнах верхней части оси крепится приспособление 10 для вывешивания блока колес.

При монтаже и демонтаже вертикальной оси ее нижняя секция опускается на специальные упоры, имеющиеся в бетонном основании, при этом верхняя часть трубы расчаливается за кронштейны приспособления для вывешивания блока. В самой нижней части оси (на конце конуса) имеются шесть пружин для расчаливания оси при работе по балансировке телескопа.Крылья 18 и 20 выполнены в виде сплошных настилов, подкрепленными продольными и поперечными балками, и имеют в основании сплошной лист с пластинами для крепления к платформе и по окружности окантованы швеллерами, которые придают кромкам крыльев жесткость (рис. 6.4). Каждое крыло подпирается четырьмя раскосами. Цилиндрическая часть платформы облицована деревянными брусьями по всему периметру, образуя деревянный погон и обработана так, что зазор между погоном и деревянными брусьями, установленными в окружающей стенке фундамента, составляет 3 мм.

Под одним из продольных крыльев крепится площадка, на которой размещаются элементы управления пассажирскими лифтами, состоящие: из двигателя с редуктором лебедкии системы блоков.

Рис. 6.4. Платформа телескопа:

15,17 – лазы; 16 – устройство крепления раскосов;18,20 – крылья; 19 – пластины