Часть 3. Уникальный город.
В лицо ударил шум, холод, ветер, и… ощущение огромной пустоты.
Это обрушивается на тебя в одну секунду и почти оглушает. Даже редкий и тусклый свет кажется осязаемым.
Блоки вентиляторов климатических установок, высотой в человеческий рост, создают ветер под сводами купола. Их гул заставляет замолчать. Их холод заставляет застегнуть куртку. Их мощь заставляет удивляться.
Их работа – неотъемлемая часть жизни телескопа. Их дыхание слышно еще на ступеньках.
В центре огромной башни, на двенадцатиметровой поворотной платформе возвышается уникальный во всех смыслах инструмент – БТА.
Эта 850-ти тонная громадина, верх инженерно-конструкторской мысли 60-тых годов прошлого века, до сих пор поражает воображение своими уникальными возможностями и фантастической конструкцией. Этот колосс долгое время удерживал абсолютное мировое первенство среди оптических телескопов. История не знала ничего подобного «до» и вряд ли будет знать в будущем.
Сейчас появились более современные инструменты, с бОльшим диаметром зеркала, с бОльшей точностью слежения, но такой огромной и сложной конструкции, таких уникальных конструкторских решений повторить не смогли нигде в мире. Видимо ему уготована участь долгими десятилетиями оставаться единственным в своём роде.
Я молча стою и смотрю на телескоп, который видел недоступное человеческому глазу. Он видел рождения и смерть звёзд, видел столкновения и гибель целых галактик. Он видел свет, который начал своё путешествие во Вселенной еще до рождения нашей Земли. Уже нет многих его создателей, уже сменились поколения и государства, а он всё так же каждую ночь поднимает свой «глаз» к звёздам.
Я не могу оторваться, я боюсь пошевелиться, я просто не хочу, чтоб эта минута заканчивалась…
В трёх вышенаписанных абзацах точек меньше, чем слов «уникальный». И это неспроста.
Я расскажу вам об уникальном городе под куполом.
Но сперва чуть-чуть теории.
Основная задача любого астрономического телескопа – собрать как можно больше света. Именно количество собираемого света (а не «увеличительная способность» ) главная определяющая величина астрономического инструмента. Чем больше света сможет собрать телескоп, тем более мелкие и удалённые объекты смогут увидеть учёные. А это очень важно. Например, глобальная система навигации, GPS, появилась именно благодаря мощным телескопам. Чтоб узнать своё местоположение GPS навигатор «привязывается» к спутникам на орбите Земли. Но ведь спутники в свою очередь тоже должны быть к чему-то «привязаны»? Их привязали к квазарам, далёким ярким объектам, чье местоположение условно можно считать постоянным. Квазары называют еще «маяками вселенной». А вот открыты эти квазары были именно благодаря большим телескопам. Потому как «яркие» они совсем не для человеческого глаза.
Больше зеркало – «глубже» видим. Точнее конструкция – и можно разглядеть на месте одного пятнышка две звёздочки.
Придуман и разработан Большой Альт-Азимутальный Телескоп был в шестидесятых годах двадцатого века.
Телескопостороение тех времен подошло к определенному пределу. Уже нельзя было строить бОльшие телескопы используя существовавшие на те времена технологии. Нужен был качественный скачок. Причем во многих областях науки и техники сразу.
До рождения БТА самым большим инструментом был телескоп имени Джорджа Хейла в Паломарской обсерватории (США) с диаметром зеркала 5м.
(фото Паломарской обсерватории)
Но принципы, заложенные в конструкции этого телескопа для постройки нового использовать было уже нельзя. Увеличение размера Главного зеркала вело за собой такое увеличение размера и массы всей конструкции, что создать подобное не представлялось возможным.
Советский Союз бросил своеобразный «технологический вызов» всему миру.
Планируемый телескоп должен иметь большое зеркало, относительно небольшую массу, быстрое и точное наведение на заданный объект, прецизионное слежение за выбранным объектом на протяжении длительного времени. Задачи вобщем-то, взаимоисключающие.
1. Большой диаметр зеркала тянет за собой и большой вес. Большой вес делает зеркало нестабильным, оно прогибается под собственным весом, теряет свою идеальную форму и искажает картинку. Так же стекло подвержено температурным изменениям – оно расширяется от нагрева и сжимается от охлаждения. А большое и толстое стекло из-за перепадов дневной и ночной температур вообще никогда не «успокоится». Оно нагреться не успеет как пора охлаждаться. Изменение формы зеркала на величину в половину человеческого волоса просто уничтожит картинку и сделает телескоп «слепым». (именно это и произошло с космическим телескопом Хаббл, ему пришлось доставлять на орбиту «очки»)
2. Большой вес зеркала требует соответственной мощной конструкции телескопа, которая смогла бы жестко и без прогибов держать зеркало в любом положении и не была бы требовательна в обслуживании.
3. Большая и тяжёлая конструкция требует соответствующих подшипников, на которых она будет установлена и мощных двигателей, чтоб смогли её сдвинуть. Ну, положим требуемые двигатели еще можно сконструировать. А вот прецизионных «царь-подшипников» для 650-ти тонной громадины в природе не существовало. Да и что сейчас такие есть - сомневаюсь.
Всё оборудование пришлось изобретать «с чистого листа». Уникальность его сохраняется и по сей день.
Башня телескопа.
Это отнюдь не просто металлическая крышка для гигантского инструмента, это целый город под куполом.
Высота этой башни 53 метра, диаметр – 45. У неё два разных, не соприкасающихся друг с другом фундамента. Один для самой башни и купола, другой – только для телескопа. Зачем это нужно? Возле телескопа можно плясать и прыгать, но стоит одной ногой ступить на его платформу и звезда буквально «выпрыгнет» из поля зрения. 650-ти тонная подвижная часть настолько точно сделана и настолько чувствительна, что бурно отреагирует на такое ничтожное касание. Чтобы никакие передвижения и работы персонала не мешали работе телескопа его «выселяют» на собственный фундамент.
В нижних этажах башни находятся:
- мастерские, (практически всё оборудование для БТА изготавливается тут же, вручную, в единственном экземпляре)
- огромный грузовой лифт (он способен вместить и поднять к телескопу грузовик)
- два пассажирских лифта
- масляная станция (правильно она называется «система маслопитания телескопа», именно она дает возможность всей конструкции двигаться)
- системы для поворота и удержания телескопа (огромные механизмы которые работают с самого первого дня)
- лаборатории
- центральный пульт управления телескопом. Да. Вот такой вот он маленький. Состоит всего лишь из одного компьютера (второй-вспомогательный - интернет, погода, метеостанция). Совершенно не в пример старому Главному Пульту. Тот занимал несколько больших комнат со всеми своими машинами и вычислительными системами.
- лаборатории для проведения наблюдений (различная аппаратура телескопа подключена к «своим» компьютерам, это дает возможность проводить совместные наблюдения различным группам не мешая друг другу, это так же сильно упрощает процесс смены и перенастройки аппаратуры)
- комнаты отдыха для наблюдателей (работать всю ночь очень непросто, нужно и кофе попить и отдохнуть где-то)
- кинозал
- центральный холл
Верхние этажи занимает:
- зал телескопа
- установка для напыления алюминия на зеркала,
- старый пульт управления
- и обзорная площадка для экскурсий.
Увенчивает конструкцию тысячетонный купол. Его забрало, весом около 36 тонн, полностью откидывается назад примерно за 25 минут и открывает проём в куполе шириной 11 метров. Несмотря на просто фантастический вес, купол настолько плавно и бесшумно двигается вслед за телескопом, что определить начало его движения и остановку непросто находясь даже на самом куполе. Когда же купол разгонится передвигаясь на большое расстояние, то встав на его дорожку можно увидеть необычную картину - ты стоишь на месте, а громадный телескоп вместе с башней крутятся внизу. Еще необычней становится когда купол и телескоп вращаются синхронно (а они это хорошо умеют), тогда, встав на дорожку купола или на платформу телескопа можно подумать, что стены «сошли с ума» и куда-то уезжают.
(приводы купола)
Телескоп.
Сам телескоп занимает всю башню. Он как бы пронизывает её сверху донизу.
Впервые большой телескоп имеет «вилочную» конструкцию, или правильно «альт-азимутальную монтировку». До этого (в связи со сложностью ведения объекта по двум осям сразу) в больших инструментах применялись различные вариации экваториальной монтировки.
Условно конструкцию телескопа можно разделить на две части. Опорно-поворотная занимает нижние этажи, а основная часть «начинается» на уровне третьего этажа башни – это «первый» этаж телескопа, пол подкупольного пространства. Тут находится двенадцатиметровая поворотная платформа, «стол» - основа подвижной части всей конструкции.
Две четырёхэтажные колонны поддерживают сорокаметровую «трубу» телескопа.
На одном конце которой в специальном кожухе покоится «зеница ока» - Главное Зеркало с механизмами разгрузки. На другом конце трубы находится кабина наблюдателя, в которой давно уже «наблюдает» только сверхчувствительная техника.
В первые годы работы телескопа в этой кабине находился астроном-наблюдатель. Он обеспечивал точную наводку всей системы на объект. С появлением новой аппаратуры человек избавился от необходимости мёрзнуть всю ночь на высоте пятидесятиметровой высоте.
В обоих колоннах телескопа, на всех четырёх этажах, размещается научная аппаратура. Правую колонну целиком занимает Основной Звёздный Спектрограф, все четыре этажа.
(светоприёмники внутри колонны на четвертом этаже)
Если присмотреться к низу колонны, можно увидеть небольшой округлый выступ – это кожух двухметрового зеркала одной из камер спектрографа. (для сравнения, самый большой телескоп в нашей Голосеевской обсерватории имеет зеркало диаметром 70 сантиметров). Этот прибор остался практически неизменным со времени постройки БТА.
В обоих колоннах есть лифты для подъема персонала и оборудования.
Система вращения и удержания телескопа представляет особый интерес.
Огромная и сверхтяжёлая конструкция должна не просто стоять на чём-то и меть возможность поворачиваться, но и делать это сверхплавно и с прецизионной точностью. Никакие колебания, толчки, раскачки, вибрация не должны мешать работе светоприёмной аппаратуры. Вся конструкция должна ходить «как по маслу».
Вот по маслу она и ходит. В буквальном смысле. Это было единственное решение проблемы, но какое!
Вся масса телескопа покоится на шести специальных подушках.
Когда телескоп «включают», мощные насосы нагнетают масло в каналы этих подушек под давлением около 70-ти атмосфер. И 650-ти тонная поворотная часть телескопа… всплывает на высоту около одного микрона.
Теперь его можно провернуть просто хорошо надавив рукой.
Каждая подушка имеет четыре отверстия для выхода масла, четыре нагнетающие форсунки и системы контроля и уравнивания давления. Этим достигается одинаковая толщина масляной плёнки на всей площади всех шести подушек. Телескоп движется ровно и плавно.
С какой высочайшей точностью сделано огромное сферическое кольцо телескопа, опирающееся на эти подушки, можно только догадываться. Ведь «гора» в пару-тройку микрон стала бы для такой системы непреодолимой преградой.
Тут же, на площадке поворотной части расположены двигатели лифтов колонн и маслопроводы систем наклона телескопа.
Точно так же организовано вращение трубы телескопа вокруг горизонтальной оси – её наклон.
Этажом ниже расположены механизмы, которые, собственно, и вращают телескоп. Причем одинаково плавно на всех скоростях. Все они так же выполнены с прецизионной точностью.
Уникальная высокоточная червячная пара диаметром почти 6 метров обеспечивают перемещение подвижной части телескопа с точностью до десятых долей угловой секунды.
В самом низу находится «пята» телескопа.
Но не подумайте, конструкция на ней не стоит. Назначение «пяты» - точно ориентировать всю конструкцию по вертикали. Такой себе «строительный уровень». Примерно раз в год, во время планового обслуживания телескопа с помощью этого механизма центруют вертикальную ось, если в этом возникает необходимость.
Главное Зеркало.
Самая точная и самая сложная часть телескопа. Его диаметр – 6 метров. Его масса – 42 тонны. Его задача – собирать свет звёзд. Весь свет, отраженный поверхностью зеркала величиной 25 м2, собирается в точку площадью 0,01 мм2. Отступления от теоретической формы параболоида не превышает 0,5 мкм.
Установлено на телескопе в специальном контейнере с закрывающимися ламелями. Там же установлены датчики температуры, системы продувки контейнера и т.д.
Изготовлено оно из специального сорта оптического стекла, устойчивого к температурным деформациям.
Однако вес зеркала настолько велик, что при любых перемещениях, оно меняет свою форму, деформируется, искривляется. Для предотвращения потери формы с нижней стороны зеркала просверлено 66 глухих отверстий. В них установлены специальные рычажные механизмы разгрузки, которые как бы поддерживают каждую часть зеркала изнутри. Они работают при любых наклонах зеркала и предотвращают его искривление.
(фото САО РАН)
Чтоб зеркало лучше отражало свет, на него в вакууме напыляют тончайший слой алюминия. Раз в несколько лет эту процедуру необходимо повторять.
Их было всего три.
Самое первое раскололось еще на этапе изготовления – слишком быстро охлаждали. Фактически оно «зеркалом» так и не стало. Так что отсчёт мы поведём с «состоявшихся» зеркал.
Первое было установлено на телескоп и служило до установки второго, более «свежего» зеркала. Долгое время первое зеркало хранилось в специальном герметичном саркофаге рядом с башней БТА. В 2007 году оно отвезено в Лыткарино на переполировку.
(фото САО РАН)
Службу несет второе, последнее зеркало.
На сегодняшний день в мире существует только два зеркала такого диаметра и такого веса.
Процесс изготовления каждого занимает 11 лет. 4 года – отлив, 7 лет – обработка, шлифовка и полировка.
В печи отжига применялась шестиметровая платиновая труба диаметром 13 сантиметров .
Для обработки зеркала было использовано более 12 тысяч! карат натуральных алмазов.
Было построено уникальное оборудование (печи отжига, карусельный станок размером с дом, шлифовальники).
Был построен специальный трёхстенный цех, в котором на всём протяжении изготовления зеркал точно поддерживалась заданная температура и влажность.
Заготовка зеркала весила около 70-ти тонн, и в результате обработки «похудела» на 28 тонн.
В июне 1974 года первое зеркало было готово к государственной аттестации.
Сейчас изготовить подобное зеркало не представляется возможным. Уже нет того оборудования да и людей, собственно, тоже. Новые зеркала изготовляются по совершенно другим технологиям и не имеют ни таких размеров, ни веса. В связи с таким плачевным положением дел становится неясной судьба первого зеркала, отправленного на переполировку.
А ведь второе зеркало уже совсем не молодо и «видит» далеко не так как раньше.
Техническое обеспечение.
Рядом с башней телескопа расположен техблок.
Он соединяется с ней подземным ходом, внутри которого проложены все коммуникации.
В техблоке размещены:
- трансформатор (это, наверное, единственный ввод электроэнергии на гору)
- система аварийного электропитания – мощный генератор на корабельном дизеле, выдает около 500 кВт. Работать на нём нельзя, но для завершения наблюдений, отключения техники и закрытия купола его вполне хватит.
Кстати, он постоянно находится на "горячем" старте. А непрерывный подогрев его обеспечивает новая система на солнечных элементах, установленная рядом с техблоком.
(её пульт управления)
- старая (еще с «рождения») система продувки и термостатирования подкупольного пространства. Занимала практически всё пространство техблока. Сейчас отключена и постепенно демонтируется. Именно её выходы можно увидеть в виде чёрных люков в полу у телескопа.
- новая современная система продувки и термостатирования. Она намного меньше и гораздо эффективней.
Ну, вот.
Краткое "техническое" путешествие по обсерватории окончено.
Теперь мы имеем представление о том как всё это работает и из чего состоит.
Самое время вернуться под купол и начать готовиться к наступлению ночи, к тому, для чего и создан этот исполинский инструмент.
К наблюдениям.
Продолжение следует...