Costruire un Ritchey-Chretien: Premesse

Fig. 1 – Render e sezione di un ipotetico telescopio RC

Si, è possibile farlo (*) lavorando le ottiche manualmente e non occorrono strumentazioni particolari o più sofisticate di quelle che normalmente utilizziamo per la costruzione di uno specchio parabolico ma, diciamolo subito, per imbarcarsi in una simile avventura occorre necessariamente avere più di una lavorazione alle spalle, per comprendere come generare due superfici iperboliche, si deve aver compreso a fondo la costruzione di una superficie parabolica.

A quel punto, paradossalmente, ci accorgeremo che giungere ad una buona iperbole ( per il primario ) potrà rivelarsi anche più semplice del costruire una buona parabola ma sarebbe enormemente difficoltoso ed estremamente laborioso, provare a farlo senza aver mai affrontato la normale costruzione della parabola.
Quindi da ora in poi daremo per acquisiti tutti concetti e le tecniche necessarie per la lavorazione manuale ed i test di uno specchio parabolico a corta focale, evitando di soffermarci su questi per approfondire quanto di nuovo incontreremo durante il percorso, non molto a dire il vero, ma di fondamentale importanza per la comprensione e la riuscita del progetto.

Riassumiamo, per comodità del lettore, quali argomenti oltre ai fondamentali “classici” per uno specchio parabolico ( sbozzatura, smerigliatura, lucidatura, parabolizzazione, test di Ronchi e Foucault ), sono da considerarsi propedeutici a questa lavorazione e ne rimandiamo la trattazione alle pagine dedicate:

PERCHE’ UN RITCHEY-CHRETIEN

Possono essere molti i motivi validi per scegliere questo schema ottico, non staremo qui ad elencarli, ogni appassionato di ottica per astronomia , conosce pregi e difetti di questa configurazione, ma l’aspetto che più di altri può stimolare un grattavetro è indubbiamente quello della sfida,  il misurare le proprie capacità con un banco di prova importante e fuori dall’ordinario, che non ha tolleranza d’errore, che impietosamente  non perdona la minima imprecisione costruttiva, sia dell’ottica che dello strumento nel suo insieme, ma che allo stesso tempo permette con grande generosità di entrare in modo più completo nel mondo della lavorazione degli specchi,  affinché si possa tentare di comprenderne anche i più nascosti segreti.

Tuttavia, l’estrema precisione ottica richiesta per queste configurazioni, potrebbe scoraggiare anche i più volenterosi dall’intraprendere un simile percorso perciò,  cercheremo di fornire alcune soluzioni, di individuare un percorso che possa rendere più accessibile il raggiungimento di un buon risultato e, come vedremo, l’auto-costruttore è notevolmente avvantaggiato rispetto ad una produzione professionale di ottiche vincolata a determinati parametri costruttivi e, con un po’ di “opportunismo”, potremo trarre beneficio anche dagli errori che immancabilmente verranno commessi durante la lavorazione, amplificando di fatto il ventaglio delle tolleranze possibili per la verifica dello schema ottico.

QUALI DIAMETRI ?

Abbiamo a che fare con due specchi, strettamente legati nelle loro rispettive dimensioni, distanze e deformazioni da determinate equazioni matematiche e, contrariamente a quanto si può pensare, uno specchio di piccole dimensioni è più difficile da lavorare manualmente rispetto ad uno di medie dimensioni, perciò dovremo fare in modo che il secondario non scenda sotto i dieci-dodici centimetri di diametro, pena una lavorazione estremamente complicata e dal risultato incerto.

Uno schema RC con primario da 30 cm, garantisce un secondario compreso tra 10 e 13 cm ( in funzione della focale complessiva, back-focus ed altri parametri che vedremo in seguito ), perciò lo specchio primario di riferimento sarà esattamente di 30 cm.

PRIMARIO FORATO O NON FORATO ?

Fig. 2 – Lo specchio prima e dopo la foratura.

Si può optare per tutte e due le soluzioni, il foro centrale non ci impedisce di lavorare lo specchio con le consuete tecniche,  il foro permette di realizzare la configurazione classica e di osservare dal back-focus, mentre lo specchio non forato potrà essere utilizzato in configurazione nasmyth, ovviamente con l’aggiunta di un terzo specchio diagonale piano.

Se siete perciò maniaci della comodità ( e della collimazione ) optate per lo specchio integro ed il diagonale piano, altrimenti si può forare il vetro da subito ( con l’accortezza di usare la parte di vetro tagliata come “tappo” per il foro, durante la sbozzatura-smerigliatura  ) oppure si può forare lo specchio una volta raggiunta la profondità necessaria,  dopo l’utilizzo dell’ultima grana fine in fase di smerigliatura, con tanti saluti al “tappo” ( procedimento che ho personalmente adottato ).  In ogni caso, l’ostruzione generosa di un RC ci permette di realizzare il foro e di non curarci delle deformazioni in prossimità di esso date le dimensioni molto minori del foro rispetto al paraluce del secondario.

In questi articoli descriveremo le procedure di lavorazione nel caso di uno specchio forato le quali possono essere facilmente estese ad uno specchio integro.

IL SECONDARIO

L’elemento “nuovo” rispetto alla costruzione di un Newton è ovviamente lo specchio secondario convesso e iperbolico.  Anche e soprattutto per il secondario occorre aver acquisito a fondo tutte le tecniche di lavorazione consuete, a cui verranno aggiunte delle altre necessarie per la lavorazione dello specchio convesso, ma in questo caso, la lavorazione potrà essere affrontata per la prima volta in questa sede. 

Una regola che possiamo definire da subito ( vedremo poi perché ) ci dice che In uno schema Cassegrain è il secondario che va costruito sul primario, significa che dovremo preoccuparci di raggiungere nel caso di un RC, una iperbole del primario che verifichi lo schema ottico, anche se sarà leggermente diversa  rispetto allo schema di progetto, ma una volta “fissato” il primario, poi sarà il secondario che si “adatterà” ad esso, quindi avremo sempre la possibilità di ritoccare il secondario ( possiamo permetterci  tutti gli errori di lavorazione che vogliamo e correggerli ) fino ad adattarlo perfettamente al primario in modo da verificare uno tra gli infiniti schemi  ottici RC, anche se esso dovesse differire da quello originale di progetto.

IL METODO

Fig. 3 – Setup di una possibile configurazione Cassegrain con il software “Atmos”

Come dicevamo, un vantaggio dell’auto-costruttore  è infatti quello di non essere vincolato a dimensioni e tolleranze relative al telescopio che ospiterà gli specchi, in quanto lo strumento ancora non esiste, verrà costruito in seguito e su misura per gli specchi ottenuti.

Questo come vedremo, semplificherà notevolmente tutta la lavorazione in quanto spesso ci si trova ad aver generato una buona iperbole per il primario, a volte anche “casualmente”( ma anche per il secondario ) che tuttavia differisce da quella di progetto ed il suo utilizzo comporterebbe modifiche a tutti i parametri del sistema ( distanza tra gli specchi. focale complessiva, backfocus, ecc ). Ma per l’autocostruttore questo non è un problema , è una risorsa, significa che il progetto del telescopio verrà rimandato a lavorazione ultimata degli specchi e, nel caso si raggiunga una buona iperbole per il primario, si utilizzerà quella anche se dovesse differire ( entro certi limiti ) nei valori della costante conica rispetto a quella preventivata.
Vorrà dire che verrà calcolata una nuova configurazione che verifichi lo schema ottico e verranno ricalcolati di conseguenza tutti i nuovi parametri per il secondario.

un esempio pratico

chi ha lavorato uno specchio parabolico sa che durante l’approccio alla parabola, un po’ per fortuna ed un po’ per capacità, ci si ritrova ad aver generato delle superfici ottime, che tuttavia differiscono dalla parabola per un piccolo valore della costante conica, in pratica le misure della curva generata non “entrano” completamente nella zona di tolleranza per cui, anche se l’andamento della superficie è rigorosamente da curva conica, lo specchio non è parabolico e quindi non utilizzabile per lo scopo.

Sotto questo punto di vista, l’iperbole può essere più tollerante della parabola, in quanto oltre il valore di K=-1 ( parabolico ), siamo già nel campo iperbolico e, per un certo  intervallo di valori, esiste sempre un secondario che verifica lo schema RC, perciò se durante la lavorazione ci capita di imbatterci in una iperbole “perfetta” con K diverso da quello di progetto, non dovremo far altro che verificare al software quale secondario verifica lo schema RC. Se il secondario risultante non è “esagerato” e ci sembra fattibile, possiamo fermarci nella lavorazione del primario.

Diverso sarebbe stato dover raggiungere con precisione centesimale il valore della costante conica di progetto, un lavoro lungo e senza alcuna garanzia di riuscita. Ma con questo metodo, quello che dovremo cercare è di costruire una iperbole quanto più regolare possibile, misurare con precisione il valore della costante conica raggiunta ed adattare lo schema ad esso.

Con questo presupposto si parte da un primario “perfetto” per il progetto.

PLANNING

Quindi possiamo definire una pianificazione per la costruzione del nostro Ritchey-Chretien in questo modo:

  1. calcolo dello schema ottico e dei parametri costruttivi per primario e secondario con il software di optical design
  2. lavorazione del primario verso il raggiungimento della iperbole con la costante conica di progetto
  3. test sul primario e verifiche al software. Se l’iperbole misurata è regolare con K diverso dal progetto  ma compatibile con lo schema, ci fermiamo e passiamo al punto successivo
  4. ottimizzazione dello schema ottico con la nuova costante conica misurata.
  5. costruzione del secondario in funzione dei parametri dello schema ottico ottimizzato.
  6. verifiche/misure sul secondario ottenuto ed ulteriore verifica  di compatibilità. Ottimizzazione dello schema ottico risultante con i valori reali per tutti e due gli specchi .
  7. calcolo dei parametri definitivi ( in funzione degli specchi realizzati ) per la progettazione della struttura del telescopio.

AUTO-COSTRUIRE: E’ PIÙ SEMPLICE

In generale, le tolleranze ottiche di un sistema Rc sono pressoché uguali a zero. La semplificazione che andremo ad ottenere rispetto ad una lavorazione “rigorosa” nella quale tutti e due gli specchi devono essere realizzati con precisione assoluta  rispetto ai parametri di progetto è quindi questa:

1 si realizza un primario iperbolico e, se diverso dal progetto,  si “gioca” sui parametri del secondario per adattarlo ad esso.

2- allo stesso modo, si realizza il secondario convesso e, se diverso dai valori di progetto, si “gioca” sui parametri meccanici (back-focus, distanza tra gli specchi, focale complessiva ) fino a trovare la configurazione adatta e funzionale allo schema.

in questo modo, con un po’ di fortuna, si inverte l’approccio costruttivo, sarà lo schema ad adattarsi agli specchi realizzati e non viceversa. 
Quindi, anche se non riusciremo a raggiungere con precisione i valori preventivati, avremo la possibilità di cambiare la loro configurazione e di trovare il relativo progetto per il quale gli specchi risultano “perfetti” nei loro parametri reali, un bel vantaggio !

nella seconda parte inizieremo ad entrare nel dettaglio delle precedenti affermazioni,vedremo come progettare correttamente  il nostro schema Ritchey-Chretien con il software di optical design e come iniziare a “giocare” con le configurazioni possibili.

(*) Questi articoli riguardanti la costruzione del Ritchey Chretien riassumono l’esperienza di costruzione svolta tra Dicembre 2014 ed Agosto 2016 nella realizzazione del telescopio RC 300 F 7.5 la cui cronologia dettagliata delle varie fasi è visionabile nelle discussioni dedicate: (1) (2) (3)

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