Сейчас в мире происходит своеобразный бум в строительстве гигантских телескопов. Многие крупные страны обзаводятся подобными сооружениями, считая это престижным. Поэтому оптические предприятия соревнуются друг с другом в производстве высококачественных и огромных зеркал. Еще недавно флагман российской оптической промышленности — Лыткаринский завод оптического стекла — не мог участвовать в подобных соревнованиях, так как не имел в своем распоряжении устройств, способных полировать стекло с помощью пучка ионов. Но сейчас благодаря сотрудничеству с учеными МГТУ им. Н.Э.Баумана завод овладел ионными технологиями и готов принимать участие в международных тендерах.
Что собой представляет новая технология и как с ее помощью полируют стекло, корреспонденту “Поиска” рассказал один из создателей управляемого пучка ионов, профессор МГТУ, доктор технических наук Михаил Марахтанов.
— Лыткаринский завод был построен еще в 1930-е годы, — говорит Михаил Константинович, — сначала он выпускал оптические приборы для танков, потом переквалифицировался на космос, где требовалось не только высокое качество, но и легкость. Затем стал изготавливать зеркала для телескопов, в том числе и для знаменитого шестиметрового в Зеленчукской астрономической обсерватории на Кавказе. Как правило, крупные линзы железная дорога “не пропускает”. Поэтому у завода есть свой причал, который позволяет принимать и отправлять крупногабаритную продукцию по Москве-реке.
У больших современных телескопов размер главного зеркала может достигать 30 метров и даже больше. Изготавливают их из отдельных частей размером около трех метров, что тоже немало. Когда каждую такую часть начинают полировать, то возникают проблемы. Стандартный полировочный диск не может качественно отшлифовать самый край зеркала. Проще говоря, механическим способом невозможно получить идеальную линзу. Требуется более тонкая обработка, например пучком ионов. Поэтому сотрудники завода обратились к нам.
Полировка ионным пучком осуществляется только в вакуумной камере. А ее размер составляет десятки кубических метров. Кстати, процедуру полировки производит специальный робот, который “следит” за тем, чтобы поверхность зеркала не отклонялась от расчетной формы даже на 50 нанометров. Саму установку мы делали в течение двух с половиной лет в тесном сотрудничестве с заводом. В работе принимали участие две кафедры: “Компрессорные и вакуумные машины” и “Плазменные энергетические установки”. Теперь завод может участвовать в международных тендерах. И не просто участвовать, но и быть в них одним из основных претендентов на победу.
— Какие у него преимущества перед зарубежными предприятиями?
— Чтобы телескоп обладал сильным увеличением, его главное зеркало должно иметь очень большое фокусное расстояние — около 100 метров. А как измерить такое большое расстояние? Ведь плотность воздуха заметно изменяется при подъеме на несколько десятков метров, а значит, изменяется и его коэффициент преломления. При этом ошибка в определении фокусного расстояния может достигать полуметра. Ясно, что для высококлассного телескопа подобная погрешность недопустима. Сотрудники завода придумали кардинальное решение этой проблемы — построили вакуумную камеру высотой 100 метров. Из нее откачивают воздух, внизу находится зеркало, а вверху фокальная плоскость, куда направляется изображение. И сейчас эта вакуумная вышка — один из символов завода. Ни у кого в мире подобной конструкции пока нет.
— В чем же суть разработанной вами ионной технологии?
— Уже давно для космических аппаратов применяется ионный двигатель. Но у него нет регулировки диаметра пучка. Просто потому, что двигателю она не нужна. А для полировки зеркала требуется поток ионов, которым можно управлять.
Стандартный ускоритель плазмы выбрасывает пучок ионов в виде “бублика”. Нам же требуется устройство, способное сжимать этот бублик до нужного размера. Я думал, что проще всего сделать это с помощью электрических полей. А мой коллега, доцент нашей кафедры кандидат технических наук Дмитрий Духопельников отдавал предпочтение магнитным. Мы перепробовали множество разных вариантов. Все безрезультатно.
И вот однажды вечером Дмитрий Владимирович, прогуливаясь, вспомнил, как выглядит знаменитая Шаболовская башня — уникальная гиперболическая конструкция, построенная по проекту выдающегося ученого, академика Владимира Григорьевича Шухова. Особенность ее в том, что сделана она из совершенно прямых металлических деталей. Но из-за того, что эти детали наклонены на небольшой угол, у башни возникает “талия”. Меняя положение по высоте этой “талии”, можно добиться, чтобы она стала уже или шире. Каждый ион в пучке движется по прямой линии. Если все траектории ионов немного повернуть, то у пучка тоже появится “талия” — он сузится. Для этого можно использовать обычное магнитное поле, все действие которого на заряженные частицы сводится к тому, что оно их поворачивает.
Когда Дмитрия Владимировича осенило, что задачу, над которой долго бились, можно решить так просто, он сразу же примчался ко мне. И через две недели у нас был готовый проект устройства по регулировке ионного пучка.
Конечно же ученые и инженеры умеют управлять ионами, но, как правило, с помощью сложных, громоздких, дорогих конструкций с использованием различных электрических и магнитных полей. Обычно стараются изогнуть траекторию пучка. У нас же каждый ион движется по прямой, но все эти прямые повернуты на небольшой угол. Преимущество нового способа в том, что он до смешного прост. А его основная идея взята у архитектурного памятника.
— Какие теперь у вас планы?
— Мы ждем, что завод доверит нам и следующий этап работы с зеркалом — напыление серебра или другого хорошо отражающего свет металла на уже готовую идеально ровную стеклянную поверхность. Надеемся, что сможем это сделать не традиционным химическим способом, а опять же с помощью ионного пучка. Кстати, несколько лет назад мой студент-дипломник, который очень любит астрономию, защитил свой дипломный проект по двум операциям: чистка линз для телескопов и последующее плазменное напыление серебра. Так что эта тема нам хорошо знакома.
Беседовал Василий ЯНЧИЛИН
Фото Сергея Севостьянова
Нет комментариев