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Construcción de telescopios y astronomía observacional

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Información técnica 30cm

26.04.2008 16:05

 
CONSTRUCCIÓN DE TELESCOPIOS, MONTURAS Y SISTEMAS DE SEGUIMIENTOS

Primero que nada, quiero decirles que yo soy un aficionado como cualquiera de ustedes. Me gustaría que se sintieran libres de discrepar con las conclusiones que yo aquí exponga. No hay recetas mágicas para el diseño de telescopios, sistemas de seguimiento, etc. Existen lineamientos que están muy bien justificados y que aplicaremos a nuestro caso o no, dependiendo del fin que le demos a nuestro instrumento. El único riesgo en ser innovador es que las cosas no funcionen, en cuyo caso estaremos aprendiendo a mejorarlo

Voy a saltear puntos importantes como son los tipos de montura que existen, sistemas ópticos, etc, para ir mas en detalle a dificultades que uno encuentra cuando intenta implementar la montura y sistema de seguimiento para telescopios.

El sistema de seguimiento toma un papel esencial cuando uno quiere trabajar en fotografía Astronómica. No importa si mi equipo para fotografía de cielo es un telescopio o simplemente la cámara con su lente, siempre va a ser de utilidad un sistema de seguimiento si quiero fotografiar cielo.

Algunas preguntas a contestarnos antes de decidir como y que tipo de equipo es mas conveniente implementar

¿Voy a hacer fotografía u observación visual?
Hay trabajos observacionales que siguen siendo mas productivos cuando se hacen de manera visual. Un observador entrenado en la búsqueda de cometas con un instrumento de gran campo, es bastante mas efectivo que un sistema de búsqueda automático. La diferencia fundamental es el área de cielo cubierta por unidad de tiempo, la facilidad de adaptación a los diferentes brillos de cielo en la zona de búsqueda, etc.

Algunas preguntas si pensamos que nuestro sistema va a ser orientado a la fotografía digital.

¿Campo de visión?
¿Escala de placa necesaria para el área en la que me voy a desempeñar?
Si voy a realizar búsqueda de objetos, cuanto mayor sea el campo cubierto en cada foto mas fácil será encontrarlo. Si voy a hacer imágenes planetarias, mejor tener mayor aumento y un campo mas reducido.
Si mi sistema busca detectar objetos (búsqueda de asteroides, novas, etc), puedo sacrificar resolución angular en beneficio de tener un mayo campo de visión (puedo tener escalas de 4” e incluso mas). En estos casos estaría submuestreando el cielo
Si la idea es hacer astrometría, mi escala de placa debe ser mas rica para que los residuos durante el procesamiento sean menores (debajo de 2”).
Si la idea es hacer fotometría mi sistema debe sobremuestrear el cielo para poder hacer medidas con mayor precisión (debajo del segundo) y disponer de una cámara de buena resolución vertical (14 bits o mas).

¿Que magnitud límite tiene que tener mi instrumento?
Existe un compromiso entre el campo de visión que pretendo lograr, la magnitud límite que quiero alcanzar y la zona de cielo a donde se van a enfocar mis observaciones.
¿Tiene sentido buscar un asteroide tomando imágenes de 1º de campo a magnitud 17 en el plano galáctico?. El resultado es una mancha blanca en la que no puedo distinguir una estrella y mucho menos un asteroide mezclado entre ellas.

¿Que relación focal es la mas conveniente para mis observaciones?
Si los objetos a observar son puntuales como estrellas, asteroides, cometas sin actividad, etc, no afecta considerablemente la relación focal que tenga mi instrumento sino únicamente el diámetro que me determinará la magnitud máxima que podré detectar.
Si mi objetivo son los objetos extensos como cometas en actividad, nebulosas, galaxias, etc será mas fácil la tarea con instrumentos de relación focal baja y cielos mas oscuros.

¿Que resolución angular pretendo de mi telescopio?
Si voy a hacer imágenes planetarias mi telescopio requiere una buena resolución angular (obstrucción central baja) y la menor turbulencia posible. ¿Necesito un gran diámetro de lente objetivo? No necesariamente. Los efectos de la turbulencia en espejos grandes son mas difíciles de revertir que en espejos de menor tamaño.

¿Que tan bien debe seguir mi sistema?
Esto dependerá de los tiempos de exposición de la fotografía, que actualmente con los detectores digitales cada vez mas sensibles esto se reduce por debajo del minuto. Solo en caso donde el detector esta enfriado y el ruido térmico es reducido se pueden tomar imágenes de varios minutos

¿Debe dar una vuelta en 24 horas?
A los efectos de sistemas de seguimiento para fotografía digital, da lo mismo si el seguimiento da una vuelta en 24 hs o en 23:56... como debería dar. No se aprecia esta diferencia en tomas de pocos minutos. 

¿Que tan bien alineada con el polo debe estar mi montura?
Igual que en la pregunta anterior, si la fotografía va a ser de segundos, un apuntamiento con el polo menor a los dos grados es aceptable. Claro esta que si mi sistema ofrece coordenadas y transitados automáticos de una zona a otra, es fundamental un correcto apuntamiento con el polo (minutos de arco) para que la zona de destino sea la correcta. 

¿En que me va a afectar que no este apuntando al polo?
Las estrellas se vana a desplazar por el campo de visión en ángulos que pueden combinar AR y Dec, y durante un goto a zonas muy apartadas (40º) no voy a reconocer la zona de destino.

¿Me sirve tener un sistema de autoguía?
El sistema de autoguía es muy útil cuando mi seguimiento no puede seguir el cielo con precisión durante todo el tiempo que yo quiero exponer mi detector a la luz. Si la fotografía es digital, yo creo que si mi sistema de seguimiento no es capaz de seguir correctamente el cielo durante los segundos que dure mi foto, no va a ser apto de accionar correctamente a las ordenes entregadas por el sistema de realimentación por autoguía. A mi entender este sistema era fundamental cuando la exposiciones eran de decenas de minutos donde los errores mecánicos, de taza de velocidad o apuntamiento con el polo, debían ser compensados utilizando lazos de control cerrados.
Nunca esta de mas tenerlo, pero ceo que para que funcione bien, mi seguimiento tiene que funcionar bien.

¿Porque utilizar motores de pasos?
Los motores de pasos si bien representan una barrera técnica importante, porque no funcionan aplicándoles alimentación y nada mas, son una pieza de gran ayuda para hacer que nuestro sistema de seguimiento tenga una buena resolución angular sin requerir de grandes sistemas reductores. 

Mediante señales eléctricas estos motores se pueden mover ángulos muy precisos y a velocidades muy precisas, el sueño de todo diseñador de sistemas de seguimiento. Una secuencia de pulsos le indica la velocidad angular al motor que combinado con técnicas de pasos, mediopasos y micropasos, permite un amplio rango de velocidades manteniendo su precisión angular.

¿Que materiales utilizar para la montura?
Varios factores a tener en cuenta: turbulencia generada por la propia montura y tubo, dilatación de los materiales y de que herramientas y materiales dispongo. 

El efecto de la turbulencia interna o de la propia montura se encuentra estrechamente ligado con las capacitancias térmicas de los materiales utilizados. El agua es uno de los elementos con mayor capacitancia térmica, por lo que utilizar materiales con alto contenido de agua, va a hacer que mi telescopio demore mucho en alcanzar el equilibrio térmico con el ambiente.
Los metales se ven favorecidos en este aspecto porque su capacitancia es muy baja. Entre ellos el hierro es el mas adecuado que además de su baja capacitancia posee un bajo coeficiente de dilatación, pero tiene la contra de una densidad mayor que otros metales como el aluminio. Haciendo un estudio detallado de la incidencia de cada uno de estos factores el candidato mas beneficiado es la fibra de carbono, pero su dificultad para conseguir y su difícil manipulación, lo hacen casi inalcanzable en el sector aficionado.

Conceptos a tener en cuenta durante la evaluación del sistema de seguimiento

Resolución, precisión y exactitud
Resolución angular de los movimientos
El ángulo mínimo que en teoría se puede mover el telescopio y que esta determinado por el tamaño angular de un paso del motor.

Precisión angular de los movimientos
Este concepto esta relacionado con el grado de repetición que tiene una posición adoptada por el instrumento. Si envío varias veces el telescopio al mismo punto, mas aya de que sea el correcto o no, cuanto se apartan entre si los diferentes valores obtenidos.

Exactitud angular de los movimientos
Este concepto hace referencia a que diferencia en apuntamiento tiene el instrumento con respecto a la posición real a la que apunta. Puede considerarse como el error o incertidumbre en apuntamiento.

Sistema electrónico de seguimiento Mel Bartel`s.
Características:
Funciona sobre DOS (¿Por que?, SO de tiempo real, determinístico)
Maneja monturas ecuatoriales y acimutales
Control de motores por pasos o servomotores
Aceleraciones graduales
Control a paso, mediopasos y micropasos
Técnica de sobrevoltaje para transitado mas rápido
Compensación de pase muerto
Control de motor de foco y rotador de campo
PEC
Corrección por refracción
Goto
Emulación LX200
Seguimiento Lunar, Solar y diferencias
Limites en azimut y altura
Posición de reposo
Opcional sistema de encoders
Archivo de registro de posiciones
Pantalla mostrando todas las coordenadas y datos de configuración
Gran flexibilidad de configuración

Resumen final
El telescopio como la cámara fotográfica, son herramientas que nos van a servir para corregir nuestro sistema de seguimiento. Cuando observamos por un telescopio con sistema de seguimiento, estamos mirando el cielo con un telescopio y a nuestro sistema de seguimiento con un microscopio. Las resoluciones angulares que nos brinda un telescopio nos permite analizar a nivel microscópico nuestro sistema electromecánico de seguimiento.



31.03.2008 19:45

Al tratarse de un espejo de relación focal tan corta (F 2.9), fue necesario simular previamente la aberración de coma que se tendría utilizando una webcam philips toucam. El resultado de este ensayo nos indica si es o no necesario color antes de la cámara una lente correctora de coma.

En la imagen se muestra el tamaño de la coma en segundos de arco de una estrella artificial proyectada sobre un vértice del detector

 

 




23.03.2008 18:08




23.03.2008 17:56

Tanto para el telescopio de 30cm como el pequeño de 5cm se utilizó como software de control de movimiento el popular programa desarrollado por Mel Bartels.

Este software permite controlar 2 motores de pasos (3 en monturas azimutales), utilizando el puerto paralelo de una PC para activar cada fase de los motores. Calcula automáticamente  las coordenadas ecuatoriales y azimutales.

Una de las grandes virtudes de este software, es que emula por un puerto serial de la PC un telescopio LX200 y de esta forma permite que el telescopio pueda ser operado 
desde cualquier software que permita manejar telescopio LX200, algunos ejemplos
son Maxim DL, Sky Map, C2A, etc.

Algunas características del software:

Funcionamiento sobre DOS, Windows 95 y 98.

Maneja tanto monturas ecuatoriales como azimutales.

Rápida alineación.

Control de motores por pasos o servomotores.

Electrónica de potencia muy simple de implementar.

Movimientos suavizados por la utilización de micropasos.

Alta velocidad de transitado utilizando técnica de sobrevoltaje.

Compensación de backlash (pase muerto).

Control de motor rotador de campo (monturas azimutales).

Control de motor de foco.

P.E.C. (corrección de error periódico)

Corrección por refracción

Funciones GOTO a objetos de catalogo o coordenadas.

Emulación de protocolo LX200.

Seguimiento Lunar, Solar y diferencial para cometas, satélites, etc.

Límites en azimut y altura.

Posición de reposo.

Sistema de encoders opcional.

Archivo de registro de posiciones.

Pantalla mostrando todas las coordenadas. 




14.02.2008 20:49

La montura elegida, dada la corta distancias focal del objetivo, es una montura ecuatorial de tipo horquilla. En las fotografías se muestra la estructura, completamente hecha en aluminio y el sistema de seguimiento compuesto por: el motor de pasos, caja reductora y la última etapa de reducción realizada por fricción entre un disco de aluminio y un rodillo de goma.




14.02.2008 14:23

La electrónica de control de movimiento está basada en el sistema desarrollado por Mel Bartels, que combina un software desarrollado para DOS y una placa de potencia y manopla.

Este software e interfase permiten manejar los dos motores de pasos acoplados en cada eje de la montura ecuatorial, calcula las coordenadas y emula por el puerto serial de la PC un telescopio LX200. Esto último permite que desde otra PC, todo el conjunto (telescopio, motores, interfase y PC en DOS) se vea como un telescopio LX200; el que puede ser manejado por infinidad de programas para astronomía. 



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