בניית פלטפורמה משוונית לטלסקופ דובסוני

מאת : ד"ר יואב סינטוב.

במאמר זה מתואר תהליך בנייתה של פלטפורמה לטלסקופ דובסוני (מחזיר אור) המותאמת לשמי ישראל.

אנו מודים לד"ר יואב סינטוב אשר טרח לכתוב ולחלוק את המאמר

עם הגולשים וחובבי האסטרונומיה.

תוכן עניינים

סעיף	תוכן	עמוד
	רשימת ציורים	3
1	הקדמה	4
2	תנועת כדור הארץ ובעיית העקיבה	4
3	גישות לבניית פלטפורמה משוונית	6
4	התיאוריה הבסיסית של פלטפורמה משוונית בעלת שתי מסילות והנעה ישירה (על פי Warren Peters [1])ׂ	9
4.1	שיטת חישוב	10
5	החלקים הבסיסיים ושלבי בניית הפלטפורמה	14
5.1	מבנה מכאני	15
5.2	מנגנון ההנעה	22
6	הכוונת הפלטפורמה המשוונית	27
7	תודות	28
8	מראי מקום	28
נספח א'	שרטוטי מחזיקי הגלגלים של המסילות הצפונית והדרומית	29

רשימת ציורים:

· ציור 1: תנועת כדור הארץ ושיטת העקיבה הנחוצה [1]

· ציור 2: הגישה הטכנית לפתרון בעיית העקיבה [1]

· ציור 3: פלטפורמה משוונית בעלת מיסב דרומי (באדיבות אנדרי הייקופ [2])

· ציור 4 : הנעה באמצעות בורג חלזוני [3]

· ציור 5: מבט צד של פלטפורמה משוונית עם שתי מסילות והנעה ישירה

· ציור 6 מימדי המסילות ומיקום גלגלי ההנעה שלהן [1]

· ציור 7: דף (ע"פ Warren Peters) עם פרוט נתוני הפלטפורמה המשוונית בסנטימטרים שנבנתה עבור זווית הגבהה של 31.8 מעלות. הטלסקופ עבורו תוכננה הפלטפורמה הינו StarHopper 10" של Celestron

· ציור 8: חלקי לוח הבסיס ולוח הקרקע

· ציור 9: חיתוך מחזיקי המסילות באמצעות משור חשמלי (באדיבות André Heijkoop’ [2])

· ציור 10: מחזיקי הגלגלים עם הגלגלים מורכבים עליהם.

· 10א: מחזיקי הגלגלים של המסילה הצפונית: 10ב: מחזיקי הגלגלים של המסילה הדרומית:

· ציור 11: שיטת הצמדת הגלגלים אל מחזיקי הגלגלים ומיקומם על פני המסילות (מתוך המאמר של Warren Peters [1])

· ציור 12: לוח הבסיס המוגמר

· ציור 13: לוח הקרקע עם מחזיקי הגלגלים מורכבים עליו

· ציור 14: הפלטפורמה המשוונית ללא מנגנון ההנעה. 14א: מבט מצד המסילה הצפונית. 14ב: מבט מצד המסילה הצפונית עם הטית לוח הבסיס. 14ג: מבט מצד המסילה הדרומית

· ציור 15: מנוע הצעד מורכב במחזיק הייעודי

· ציור 16: המנוע מורכב על מחזיק הגלגלים השמאלי של המסילה הצפונית

· ציור 17: מיקום המיקרוסויצ'ים על לוח הקרקע משני קצוות המסילה הצפונית.

· ציור 18: קופסת האלקטרוניקה האחראית על הפעלת המנוע

· ציור 19: פלס הבועות שחובר לפלטפורמה

· ציור 20: הפלטפורמה המשוונית מוכנה

· ציור 21: הכוונת הפלטפורמה המשוונית [2].

· ציור א1: מחזיק ימני של גלגלי המסילה הצפונית

· ציור א2: מחזיק שמאלי של גלגלי המסילה הצפונית

· ציור א3: מחזיק ימני של גלגלי המסילה הדרומית

1) הקדמה

טלסקופ דובסוני מהווה חלופה נאה לכל מי שאין ידו משגת לקנות טלסקופ שובר אור או מקסוטוב-קאסגריין בעל מפתח גדול. אולם אחת הבעיות הגדולות של טלסקופים דובסוניים הינה הכן האזימוטאלי אשר אינו מאפשר עקיבה על ידי הנעת דרגת חופש אחת, כשם שנעשה בחצובה משוונית.

הנעת הטלסקופ נעשית לרוב ידנית ולצורך עקיבה יש צורך לבצע תיקונים תכופים אשר אינם מאפשרים צפייה רצופה. כל שכן אין הם מאפשרים צילום האובייקטים השמימיים.

לצורך פתרון הבעיה יש לבנות לטלסקופ פלטפורמה משוונית, המאפשרת עקיבה רצופה, המפצה על תנועת העצמים השמימיים עקב תנועת כדור הארץ [1].

במאמר זה מתואר תהליך בנייתה של פלטפורמה כזו המותאמת לשמי ישראל. בפרק 2 מתוארת בעיית העקיבה הנובעת מסיבוב כדור הארץ. בפרק 3 מתוארות שתי הגישות העיקריות לבניית חצובה משוונית והתאמתן לשמי ישראל. בפרק 4 מתוארת התיאוריה הבסיסית עליה מושתת תכנון הפלטפורמה על סמך התכנון הבסיסי של Warren Peters [1]. בפרק 5 מתוארים החלקים הבסיסיים ושלבי בניית החצובה. בפרק 6 מתואר שלב כיול הפלטפורמה לתנועת שמי הארץ.

2) תנועת כדור הארץ ובעיית העקיבה.

כדור הארץ נע סביב צירו בתדירות של אחת ל-24 שעות. ציר הסיבוב של כדור הארץ מצביע לכיוון כוכב הצפון (POLARIS) כנראה בציור 1. צופה על פני כדור הארץ יראה את הכוכבים עולים במזרח ויורדים במערב עם תנועת כדור הארץ. מטרת הפלטפורמה המשוונית היא ליצור עבור הטלסקופ הדובסוני ציר סיבוב המצביע אל כוכב הצפון ולסובב את המשטח עליו הוא יושב באותו כוון ומהירות בהם נעים הכוכבים, היינו בניגוד לכיוון סיבוב כדור הארץ. ציר הסיבוב בישראל נמצא בכיוון צפון, בזווית הגבהה (LATITUDE) של כ-32 מעלות מעל האופק, ערך השווה לזה של קו הרוחב בו נמצאת תל-אביב. במקומות צפוניים או דרומיים בישראל ערך זה עשוי להשתנות מ-33 מעלות בצפון ל29-30 מעלות בדרום הארץ. בעבודה הנוכחית נלקח ערך זווית הגבהה של 31.8 מעלות.

מהירות הסיבוב של הפלטפורמה צריכה להיות סיבוב שלם ביום. על ידי התאמת מהירות הסיבוב וציר הסיבוב ניתן לבצע, באמצעות פלטפורמה מתוכננת היטב, עקיבה לפרק זמן ארוך של עד 40-60 דקות.

לצורך המחשה ראה ציורים 1א ו-1ב [1]. דמיין שהינך יכול ליצור חרוט אשר צידו הפתוח מכוון לכוכב הצפון וצירו נמצא בזווית ההגבהה המתאימה לאזורינו על פני כדור הארץ. כאשר מגיעים לבניית פלטפורמה אין אנו שואפים לכסות את כל החרוט (דבר שהיה מאפשר לנו צפייה רצופה של 24 שעות) אלא רק את תחתיתו, המאפשרת צפייה לפרק הזמן הקצוב.

ציור 1: תנועת כדור הארץ ושיטת העקיבה הנחוצה [1]

הגישה הטכנית לפתרון הבעיה מתוארת בציור 2 [1]. הפלטפורמה המשוונית מכסה את תחתית חרוט הסיבוב על ידי משטח המונח על שתי מסילות הנעות על גלגלים. רדיוס התנועה של המסילות תואם לרדיוס הסיבוב שיוצר החרוט, בהתאם למיקום המסילות ביחס לציר הסיבוב של החרוט.

ציור 2: הגישה הטכנית לפתרון בעיית העקיבה [1]

המסילה הצפונית בעלת רדיוס סיבוב גדול בשל היותה המרוחקת יותר ממוקד החרוט והדרומית בעלת רדיוס סיבוב קטן יותר בשל היותה קרובה יותר למוקד.

שתי המסילות מחוזקות יחדיו אל לוח הבסיס עליו יושב הטלסקופ. מימדי חרוט הסיבוב חשובים משום שמרכז הכובד של הטלסקופ צריך להתלכד עם ציר הסיבוב, דבר שיוסבר בהמשך.

3) גישות לבניית פלטפורמה משוונית.

ישנן שתי גישות עיקריות לבניית פלטפורמה משוונית:

· פלטפורמה בעלת מסילה צפונית ומסילה דרומית. זו הפלטפורמה המתוארת בציור 2 ומהווה את הגישה ה"מסורתית" לבניית פלטפורמות משווניות [1]. גישה זו הינה קומפקטית יותר מבין האפשרויות המפורטות, אולם מורכבות הבניה גבוהה יותר מבחינת התכנון והבניה, במיוחד כאשר מגיעים לכיוון כל ה גלגלים עליהם נעות המסילות.

· פלטפורמה בעלת מסילה צפונית ומיסב דרומי. בפלטפורמה זו, הנראית בציור 3 [2] מחליף מיסב דרומי את המסילה הדרומית. תכנון זה פשוט יותר אולם מתאים בעיקר לטלסקופים קטנים שכן יציבות ההתקן פחות טובה מאשר זו של ההתקן בעל שתי מסילות.

ציור 3: פלטפורמה משוונית בעלת מיסב דרומי (באדיבות אנדרי הייקופ [2])

קיימות שתי אפשרויות הנעה עיקריות.

· האחת היא באמצעות הנעה ישירה של אחד ממיסבי המסילה הצפונית, בדרך כלל השמאלי בגלל כיוון הסיבוב של המסילה הדורש פחות כוח ברוב מסלול התנועה (ראה ציור 3).

· גישה שנייה הנראית בציור 4 הינה הנעת לוח הבסיס היושב על מיסבים באמצעות בורג חלזוני.

הגישה הראשונה הינה הפשוטה יותר ומתאימה למקרה בו משתמשים בגלגלי רולר בליידס בתור מיסבי סיבוב. שיטה זו דורשת מהירות סיבוב נמוכה מאוד המחייבת מנוע (בדרך כלל מנוע צעד) עם גיר בעל יחס ניחות (Reduction Ratio) גבוה מאוד, אשר נדיר יותר למצוא ומחירו גבוה. הגישה השנייה מסובכת יותר לבניה אולם מאפשרת גמישות תכנונית גבוהה יותר וחלקים זמינים יותר. מצד שני ה – Backlash הנוצר בשל הנוכחות של הבורג החלזוני גבוה יותר ויוצר שגיאת תנועה גבוהה יותר מאשר בהנעה הישירה.

שתי שיטות ההנעה טובות למיקומה של ישראל על פני כדור הארץ. במקרה הנוכחי נבחרה שיטת ההנעה הישירה.

לעומת זאת, כאשר ניגשים לבניית פלטפורמה משוונית, מיקומה של ישראל אינו מאפשר כמעט בחירה בין גישות הבניה השונות.

היות וישראל ממוקמת בחצי הכדור הצפוני אולם על קו רוחב נמוך יחסית (30-33 מעלות) אין גישת הבניה של מיסב דרומי מתאימה. זווית ההגבהה הנמוכה יחסית מחייבת רדיוס סיבוב דרומי גדול ובשל כך המיסב הדרומי חייב להיות גבוה מעל לוח הבסיס ודרומית לו. דבר זה גורם למספר בעיות:

· מבנה כבד, מסורבל וקשה לשינוע.

· פלטפורמה בעלת מרכז כובד גבוה הגורמת לחוסר יציבות של ההתקן כולו במיוחד כאשר הינו מיועד לטלסקופים גדולים.

· מעמסה גבוהה על המיסב הדרומי כתוצאה ממאמצים מכאניים גבוהים עליו ועל התומכות המחוברות אליו, הגורמת לשחיקה גבוהה ולעיוות אפשרי שיוציא את הפלטפורמה מכיוון לאחר זמן מה, במיוחד כאשר המבנה עשוי מעץ.

בציור 3 מתוארת פלטפורמה משוונית מבוססת על שיטה זו אשר נבנתה עבור קו רוחב 58 מעלות [2]. למדינה צפונית זו (הולנד) השיטה הינה טובה ועובדת היטב, דבר שאינו נכון לגבי ישראל.

לפיכך עדיף המבנה בעל שתי המסילות בגלל היותו קומפקטי, יציב ומדויק לאורך זמן למרות היותו מורכב יותר לבנייה

.

ציור 4 : הנעה באמצעות בורג חלזוני [3]

4) התיאוריה הבסיסית של פלטפורמה משוונית בעלת שתי מסילות והנעה ישירה

(על פי Warren Peters [1])ׂ

בציור 5 מתואר סכמאטית מבט צד של פלטפורמה משוונית עם שתי מסילות והנעה ישירה של אחד מגלגלי המסילה הצפונית, באמצעות מנוע עם גיר. בציור מתוארים כל המימדים הרלוונטיים לתכנון.

הפלטפורמה כולה יושבת על לוח הקרקע עליו מורכבים הגלגלים עליהם מסתובב לוח הבסיס המכיל את מסילות התנועה הצפונית והדרומית.