Механизм тонких движений (рис. 68, а) превосходно работает с визуальными телескопами, когда небольшие неточности в движении совершенно не страшны. Иное дело фотографические работы с длительными экспозициями и большими фокусными расстояниями. До тех пор, пока фокусные расстояния не превышают 200--250 мм, можно пользоваться и только что описанным механизмом, но когда фокусное расстояние фотографического телескопа достигает 500--1000 мм, этот механизм становится слишком грубым. При попытках повернуть винт тонких движений крутящий момент из-за трения разлагается на две реактивные силы, одна из которых действует на трубу в направлении, перпендикулярном тому движению, которое мы хотим вызвать. В результате ведущая звезда (см. ниже) прежде, чем вернуться на перекрестие, сначала делает движение в перпендикулярном направлении, а это приводит к размазыванию изображений звезд на фотопленке.
Поэтому механизм тонких движений следует усовершенствовать следующим образом. Как показано на рис. 68, б, на конце рычага теперь вворачивается микрометренный винт 3, а на противоположной стенке укреплен патрон с возвратной пружиной 4. В этом механизме поводок 5, жестко скрепленный с трубой телескопа, оказывается зажатым между винтом и патроном с возвратной пружиной. На поводок действует только перпендикулярная к его рабочей поверхности сила, и труба телескопа движется строго в одной плоскости. Звезда перемещается вдоль прямой линии.
Недостаток винта с возвратной пружиной в том, что скорость рычага неравномерна. Она максимальна в среднем положении и минимальна в крайних. Это мало сказывается, если работа ведется вручную, но становится совершенно недопустимым, если винт вращается мотором и ведет полярную ось за суточным вращением небесной сферы. Очевидно, что скорость движения телескопа будет непостоянной и механизм потеряет смысл. Поэтому рычаг с винтом практически никогда не употреблялся в качестве часового механизма для слежения за небом. Однако в 1978 г. Андре Гамон (Франция) предложил [18] установить на винте кулачок специальной формы, который позволяет компенсировать неравномерность хода рычага (рис. 69, а). Рычаг 1 хомутика, охватывающего полярную ось 2, упирается своим концом в кулачок 3, жестко связанный с гайкой, которая движется вдоль винта 4. Этот кулачок, равно как и конец рычага, имеет форму специальной кривой, которую можно построить графически.
Допустим, что шаг винта составляет 1 мм и винт делает один оборот в минуту. Солнечные сутки содержат 1440 минут, звездные 1436 минут; значит, для того чтобы угловая скорость рычага составляла 1 об/сут, нужно окружность длиной 1440 мм или 1436 мм разделить на 2p = 6,28. В этом случае длина рычага составит 229,2 мм для солнечных и 228,6 мм для звездных суток. На практике можно взять длину 229 мм и во время работы время от времени вводить небольшие поправки в суточный ход телескопа.
Теперь на листе хорошей бумаги вычертим схему механизма (рис. 69, б) в масштабе 1:1. Для того проведем прямую х0R, которая обозначает ось винта, и дугу окружности с центром в точке О, расположенной на расстоянии 229 мм от прямой х0R. Опустим перпендикуляр из точки О на прямую х0R. Точку пересечения перпендикуляра и прямой обозначим х1. На дуге окружности отложим от точки х1 в обе стороны дуги по 60є. Концы дуг обозначим J и Н. Деля дуги на четвертые и восьмые части, получим точки а, b, с, d и 1, 2, 3, 4. Каждая дуга составит 7є,5, или 1/48 полной окружности. Так как длина окружности 1440 мм, то каждый отрезок будет иметь длину 30 мм. На прямой х0R отметим точки х0, А, В, С, х1 через 30 мм.
Рис. 69. Механизм тонких движений и часового привода полярной оси А. Гамона.
1 -- водило, 2 -- полярная ось, 3 -- гайка с кулачком специальной формы, 4 -- винт часового привода, 5 -- подшипник винта, 6 -- упорный конус винта тонких движений, 7 -- винт тонких движений, 8 -- возвратная пружина, 9 -шестерня на выходном валу редуктора синхронного электродвигателя, 10 -шестерня винта часового привода.
На куске плексигласа толщиной 0,5--1 мм размером около 100 Х 200 мм проведем острой иглой прямую линию и на ней отметим точку, которую назовем F (рис. 69, в). Перевернем лист плексигласа и наложим плексиглас на схему "б", чтобы линия на плексигласе точно совпала с линией х0R на чертеже, а точка F с точкой х0. Тщательно отметим точку х1. Осторожно переместим плексиглас вправо, чтобы точка F совпала с точкой А, следя за тем чтобы линия на плексигласе в точности совпадала с линией х0R. Отметим на плексигласе точку а крестиком. Переместим точку F в точку В и отметим на плексигласе точку b. Последовательно перемещая плексиглас до совмещения точки F с точками С и х1, получим точки с и d. На плексигласе получилась цепочка точек, идущая вниз от прямой линии. Если теперь тщательно соединить эти точки плавной кривой, мы получим форму рабочей поверхности кулачка при работе винта на участке х0х1. Вырежем получившуюся фигуру и тщательно обработаем ее по намеченной линии надфилем. Прикрепим двумя винтами плексиглас к куску латуни, стали или твердого алюминия и обработаем край металла, используя плексиглас в качестве шаблона.
Для равномерной работы механизма надо подобным образом обработать и конец рычага. Врежем второй лист тонкого плексигласа, размером 100 Х 400 мм (рис. 69, г). Прочертим вдоль тонкую линию и вблизи ее конца просверлим крошечное отверстие о. С помощью иглы совместим эту дырочку с точкой О на чертеже, следя за тем, чтобы не было люфта и плексиглас не болтался на оси. Далее совместим линию на плексигласе с линией Ох1 и отметим точку х1; повернем плексиглас, пока линия на нем не совпадет с точкой 1, и отметим в этом положении точку С. Затем последовательно переводим линию на плексигласе в точки 2, 3, 4 и отмечаем соответствующие точки. Соединяем эти точки плавной кривой, которая представляет собой рабочую кривую рычага. При движении гайки слева направо сначала работает кривая на рычаге, а кулачок работает одной точкой (х1), а после перехода точки x1 работает кривая кулачка, а рычаг прикасается к ней одной точкой, поэтому форма кулачка и рычага вне вычерченных нами кривых не имеет большого значения. При переводе кривой рычага с шаблона в металл не забудем, что точка О -- центр полярной оси телескопа.
Надо сказать, что сложность этих построений на самом деле кажущаяся. На практике все это получается довольно легко.
Дуга от точки 4 до точки d составляет 60є. Это значит, что, установив механизм на начало, можно вести наблюдение непрерывно на протяжении 4 часов.
Рассмотрим некоторые другие элементы механизма Гамона. Как бы точно ни была выполнена работа по перенесению рабочих кривых, как бы точно ни работал электродвигатель механизма, все равно придется время от времени в работу механизма вносить поправки. Это происходит из-за незначительных прогибов инструмента, из-за так называемой атмосферной рефракции, в результате которой луч света, проходя сквозь атмосферу, несколько искривляются, и тем больше, чем ниже над горизонтом светило. Это приводит к тому что звезда видна несколько выше, чем на самом деле. В результате по мере движения звезды от горизонта к меридиану, где рефракция минимальна, скорость этого движения меняется в небольших пределах; наконец, на неравномерности хода сказывается и нестабильная частота в сети переменного тока. Исходя из этого, надо предусмотреть возможность вносить поправки в работу механизма от руки по желанию наблюдателя. В механизме Гамона это достигается следующим образом. Главный винт 4 (рис. 69, а) установлен во втулке 5 справа так, что он может свободно перемещаться вдоль оси. Второй его подшипник представляет собой так называемую опору на шпиле. В коническую ямку на конце винта упирается конический конец второго винта 7, которым управляют от руки. При вворачивании этого второго винта он толкает главный винт вправо, при выворачивании возвратная пружина 2 через рычаг возвращает винт с гайкой влево. Для того чтобы при этом не перемещать электродвигатель, на его валу установлена очень широкая шестерня 9, сцепленная с шестерней 10 на главном винте.