Зеркало Большого Телескопа

Недавно, щелкая пультом телевизора в поиске хоть чего-то интересного, я наткнулась на документальный фильм о БТА (Большом азимутальном телескопе), который построили в СССР в 60-х годах 20 века. Поразил конечно размах проекта, грандиозность всего строительства, но для меня, как для теплофизика, самым невероятным показался тот факт, что 6-метровую заготовку зеркала телескопа, весившую 70 тонн, охлаждали непрерывно в течение 2 лет со скоростью
0,029 °С/час для того, чтобы не допустить растрескивания стекла. Захотелось узнать подробности. Материалов в Интернете по истории БТА много, но конкретно по процессу охлаждения зеркала практически нет. На сайте Специальной астрофизической обсерватории в отчете о создании телескопа приводится схема, показывающая расположение заготовки зеркала в печи ОКБ-945 с установленными для контроля температуры термопарами. В печи было смонтировано два комплекта электронагревательных элементов равной мощности. Один комплект рабочий, а второй - резервный. Мощность печи 850 кВт.



Для того, чтобы поверхность зеркала не повредилась, градиент температур между центром и краем по радиусу заготовки должен быть не более 2 °С. Предварительные исследования режимов печи показали, что это достижимо при скоростях охлаждения, не превышающих 0,03 °С/ч. Наиболее ответственный период отжига для стекла марки 316, выбранного для заготовки БТА, лежит в пределах 600-400°С. Охлаждение от температуры отлива заготовки до 600°С должно производиться с такой скоростью, которая обеспечит плавный переход на заданное медленное охлаждение (0,03 °С/ч) в ответственном периоде отжига. Охлаждение ниже 400°С диктуется только условиями сохранения целостности заготовки и возможностями печи отжига.
Режим охлаждения был на самом деле очень сложным. Скорость охлаждения была строго регламентирована на каждом этапе.



К сожалению, ничего о регуляторах температуры, управляющих нагревателями печи, узнать не удалось. Очевидно, что учеными ГОИ и ЛОМО решалась очень ответственная теплофизическая задача медленного, непрерывного и равномерного охлаждения сверх массивного объекта. И они с этой задачей справились. Зеркало охладили за 2 года 6 дней! Отжиг закончился 5 декабря 1966 г. После полировки и измерения двойного лучепреломления работниками ГОИ было сделано следующее заключение: остаточные термоупругие напряжения в диске малы, что свидетельствует о хорошем исполнительном режиме отжига и печи отжига.
.
Поистине, создание БТА было подвигом советской науки и техники, подобным запуску первого спутника. Приведу несколько впечатляющих фактов, связанных с этим телескопом. Прошу учесть, что речь идет о 60-х – 70-х годах 20 века.

-Для выбора места для установки телескопа были снаряжены 16 разведывательных экспедиций в различные уголки Советского Союза.
.
- Специально для сборки конструкции телескопа в ЛОМО (Ленинградское оптико-механическое объединение) был построен корпус высотой свыше 50 метров. Внутри корпуса были установлены подъемные краны грузоподъемностью 150 и 30 тонн. Перед началом сборки был изготовлен специальный фундамент.

- Для заполнения формы стеклом на ЛЗОС (Лыткаринский завод оптического стекла) была изготовлена платиновая сливная труба длиной 5,040 м, диаметром - 135 мм.

- Для обработки зеркала Коломенским заводом тяжелого станкостроения в 1963 г. был создан специальный карусельный станок КУ-158. Был спроектирован и изготовлен комплекс алмазного инструмента. В эти инструменты было заложено свыше 12 тыс. карат натурального алмаза в виде порошка. Обработка заготовки велась в течение почти полутора лет. Для удаления припуска массой 28 т было израсходовано 7000 карат алмаза.

- Параллельно проводилась большая научно-исследовательская работа по технологии и контролю этого уникального зеркала в ГОИ (Государственный оптический институт, г. Ленинград) и ЛОМО. В частности, впервые разработана методика получения топографической карты зеркала по результатам обработки снимков Гартмана на электронно-вычислительной машине (1974 г.!). Созданы специальные установки для контроля методами Фуко и интерференции, а также специальные фотометры. Впервые для определения распределения энергии в кружке рассеяния был применен метод изофотометрии. Впечатляет тот факт, что весь свет, отраженный поверхностью зеркала величиной 25 м², собирается в точку площадью 0,01 мм².
.
- Имея в виду исключительную ценность зеркала, были приняты чрезвычайные меры предосторожности при транспортировке зеркала. Чтобы отработать точную технологию транспортировки готового зеркала, было принято решение о проведении пробной транспортировки имитатора зеркала по всему маршруту. Такой рейс был осуществлен с 12 мая по 5 июня 1974 г. В результате транспортировки имитатора были разработаны и окончательно установлены технические условия на перевозку зеркала (скорости на ровных участках пути, на подъемах, движении на воде, места стоянок, методы борьбы с перегревом и т.п).

- Для транспортировки зеркало было законсервировано специальной защитной пленкой и установлено на амортизационные опоры в специальный транспортный контейнер с высокой степенью теплоизоляции. Внутри контейнера были установлены датчики ускорений и температуры. Почти два месяца длилась транспортировка. 30 июня 1974 г. трейлеры с погруженным контейнером и оправой зеркала отправились из Лыткарино до Московского южного речного порта. Затем со специального причала трейлеры были установлены на баржу, закреплены и с помощью мощного буксира двинулись в путь в сопровождении специальной бригады на отдельном судне через канал Москва - Волга, по Волге и каналу Волго-Дон до Ростова-на-Дону. В Ростове-на-Дону трейлеры через специальный причал выехали на берег и продолжили движение в сопровождении автомашин и мотоциклистов ГАИ по дорогам Северного Кавказа до обсерватории. 21 августа груз был благополучно доставлен. Комиссия проверила его сохранность, контейнер вновь был закрыт и установлен в специальный склад. В течение всего времени хранения температура зеркала внутри контейнера тщательно контролировалась.

- Обсерватория, в которой находится телескоп, располагается в отрогах Главного Кавказского хребта на горном плато возле г. Пастухова на высоте 2070 м. Проектом предусматривалось строительство не только здания самой обсерватории, но и энергоблока, систем водоснабжения и электропитания, домов для ученых, горной дороги протяженностью 16 км, рассчитанной на транспортировку крупногабаритных грузов, и ряд других объектов. Проектирование башни телескопа требовало решения ряда специальных задач, а именно:  соблюдение строжайшего термостатического режима, как в отношении ограждающих конструкций, так и в отношении внутреннего пространства, где устанавливается телескоп; создание наиболее обтекаемой формы здания для обеспечения наилучших аэродинамических условий; подкупольное пространство не должно прогреваться солнечными лучами и должно быть защищено от проникновения атмосферных осадков; конструкции башни и купола должны обладать максимальной сборностью при минимально возможном весе, чтобы в условиях высокогорного района обеспечить легкую транспортировку и сократить сроки строительства.

- Алюминиевые светоотражающие покрытия зеркальной оптики телескопов требуют периодического обновления. При обновлении, на площади в 28 м² в глубоком вакууме должен наноситься равномерный слой чистого алюминия толщиной около 1/10000 мм. Для этого Горьковским машиностроительным заводом спроектирована и изготовлена специальная уникальная вакуумная установка ВУАЗ-6 (главный конструктор установки Ю.В.Фадеев). Необходимо отметить, что впервые в мире была создана вакуумная установка столь большого диаметра для алюминирования без извлечения зеркала из оправы.

30 декабря 1975 г. был утвержден акт Государственной межведомственной комиссии по приемке в эксплуатацию Большого азимутального телескопа. В настоящее время БТА является крупнейшим в Евразии и остается самым крупным и самым мощным отечественным астрономическим инструментом, который дает российским астрономам более 70 % всей наблюдательной информации.

Уникальный телескоп, который был построен 30 лет назад в СССР и долго оставался самым мощным телескопом в мире, - это одно из свидетельств силы и огромных возможностей, как технологических, так и научных, существующих в нашей стране. Что меня особенно впечатлило в истории создания БТА – это слаженная работа многих крупных заводов и институтов. Теперь это история. Предприятия, участвовавшие в проекте, испытывают, наверное, не лучшие времена. ГОИ практически развалился. Сможем ли мы опять сделать что-то грандиозное, лучшее в мире? Хочется верить, что сможем. Ведь остались люди, остались научные школы и менталитет русских людей, который включает незаурядный ум, стремление к знаниям, решительность в решении самых грандиозных задач.


Подробнее узнать о принципе работы телескопа, об этапах его строительства, а также посмотреть фотографии тех времен можно на официальном сайте Специальной астрофизической обсерватории.…


С уважением,


Гл. редактор Temperatures.ru
Моисеева Наталия Павловна