Hauptspiegel aus mehreren Segmenten

Hallo Ursus,

ich sehe folgende Probleme:

(i) Wenn der Hauptspiegel nicht sphaerisch ist (gewoehlich sind Spiegel in der Amateurastronomie Aspharen, meist Parabolspiegel), dann sind die Segmente nicht gleich. Ferner sind sie nicht rotationssymmetrisch, sondern ausseraxiale Parabeln. Die zu schleifen und zu pruefen, ist nicht trivial. Fuer jeden Zonenradius brauchst Du eine andere "Familie" von Spiegeln.

(ii) Du musst die Spiegel dann auf den Bruchteil einer Wellenlaenge zueinander justieren, um eine beugungsbegrenzte Abbildung zu bekommen.

(iii) Schwieriger noch als (ii), Du musst die Lage der Spiegel zueinander halten. Und das bei veraenderlichen Lastfaellen (Teleskopschwenks) und Temperaturgang.

Bei Grossteleskopen kommen Sensoren zum Einsatz, die die Spiegel genau zueinander halten. Beim Hobby-Eberly-Teleskop dachte man zunaechst, man koennte darauf verzichten und den Spiegel nur einmal pro Nacht einstellen - ging nicht, ein Sensorsystem musste nachgeruestet werden. Eine Alternative oder Ergaenzung solcher Sensoren waere ein Wellenfrontsensor, der permanent die Qualitaet des Fokus misst und gegebenenfalls korrigiert. In beiden Faellen handelt es sich um einen geschlossenen Regelkreis, um aktive Optik.

Fuer Amateure ist der Aufwand an Sensorik und Herstellung der Segmente deutlich groesser als die Anfertigung eines monolithischen Spiegels.

Ups, nicht alle auf einmal !

Auf einmal .... so still hier. Habe ich alles erschlagen ? [:I]

Es wurden uebrigens schon vor Jahrzehnten Experimente mit Segmentspiegeln unternommen. Bekannt sind mir ein russisches Experiment (um 1.5m, keine Infos) und ein italienisches Versuchsinstrument, das in einen Turm eingebaut als Zenitteleskop diente. Offenbar wurde diese Variante gewaehlt, um der Problematik des wechselnden Schwerevektors zu entgehen.

Ach ja, ich habe gerade die Suchmaschine meines Vertrauens nach "Segmentteleskop" befragt und ich bekam diesen Treffer hier:

http://www.astrotreff.de/pop_p…endly.asp?TOPIC_ID=113635

Es wurde also hier schon mal diskutiert.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: JSchmoll</i>
Auf einmal .... so still hier. Habe ich alles erschlagen ? [:I]
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Du hast doch schon alle Argumente genannt, die dagegen sprechen. Wenn bereits alles gesagt wurde, dann gibt es nichts mehr hinzuzufügen.

Gruß
Michael

[quote Zitat:Original erstellt von: JSchmoll
Auf einmal .... so still hier. Habe ich alles erschlagen ?

Du hast doch schon alle Argumente genannt, die dagegen sprechen. Wenn bereits alles gesagt wurde, dann gibt es nichts mehr hinzuzufügen.

Gruß
Michael][/quote]

Na, dann wars also der grosse Rundumschlag ... [8D]

Aber Ursus, wenn noch Fragen sind, immer her damit.

Hi,
das größte Amateurproblem sehe ich in der Lagerung des segmentierten Spiegels. Unterm Strich geht das nur mit einer aktiven Lagerung, wo Stellglieder im Nanometerbereich die Wellenfront abstimmen. Das wiederum setzt einen Wellenfrontdetektor voraus. Beides haben die heutigen Profiteleskope der Megaklasse schon aus anderen Gründen an Bord. Diese Maßnahmen sprengen aber derzeit noch jedes Budget im Amateurbereich.

Der Vorteil eines segmentierten Spiegels wäre dann am größten (ATM-Herstellung), wenn die Teilsegmente selbst sphärisch bleiben könnten. Das entspricht den einzelnen Zonen beim Foucaulttest eines parabolischen Spiegels. Ansonsten hat man Teilsegmente, die ihrerseits nur einen Off-Axis-Bereich des Paraboloiden ausmachen. Dann lohnt sich das aber nicht.

Ein weiteren Problem wäre die Form. Ideale Raumausnutzung ergäbe wohl Sechsecke. Das wird aber Poliertechnisch wiederum unnötig schwierig, oder man schneidet das Sechseck erst am Ende heraus. Auch da blutet das Herz eines ATMlers.

Umgekehrt schleifen ATMler heute schon Spiegel mit einem Durchmesser-Dicken-Verhältnis, das jenseits von Gut und Böse ist. Segmentierung als Gewichtsersparnis ist derzeit noch kein Argument.

Gruß

Hi Ursus,

gelegentliche "Spinnereien" befruchten die Teleskopbauszene. Ich habe jahrelang mit Vakuum-Membranspiegeln experimentiert, und meine Tagtraeume waren Dinge wie ein aufblasbares Ballonteleskop im Weltraum, eine Haelfte verspiegelt und die andere durchsichtig, mit sphaerischem Aberrationskorrektor im Fokus. Als Jugendlicher habe ich jahrelang damit herumgeproebelt, und obwohl es nie funktionierte, habe ich viel gelernt. Und dann schliesslich meinen ersten Spiegel geschliffen ... so'nen ollen altmodischen Glasspiegel. Aber der funktionierte wenigstens !

Und dazu kann ich Dich animieren - einfach mal einen Spiegel schleifen. Lohnt sich finanziell ueberhaupt nicht (ein Chinaspiegel kostet weniger als ein Spiegelschleifsatz, und ist dabei garnicht mal schlecht), aber die gewonnenen Kenntnisse sind mit Geld nicht aufzuwiegen.

Hallo Ursus,

bei Grossteleskopen haben segmentierte Spiegel Vorteile bei Logistik und Wartung. Die Teile haben ja oft einen ganz anderen Einsatzort als die Spiegelproduktion und dann ist es einfach praktisch, wenn die Spiegelsegmente in einen Standartcontainer passen. Ausserdem dürfte das Verspiegeln eines kleinen Segments wesentlich einfacher sein als das Belegen einer grossen Einzeloptik.

Gruss Heinz

Bei grossen Spiegeln jenseits der 8m-Grenze werden die Probleme des "Handlings" so gross, dass der aktive Segmentspiegel attraktiv wird.

Abgesehen davon, dass ein so grosser monolithischer Spiegel sowieso eines geschlossenen Regelkreises zur Formkontrolle bedarf ("aktive Optik"), ist die Groesse der Vakuumkammer problematisch. Und dann der Transport - Bruecken muessen verstaerkt werden, Tunnel verbreitert wie beispielsweise in Chile geschehen, um das Gemini-S-Teleskop auf den Cerro Tololo zu bringen. Es kommt der Punkt, wo eine dreispurige Autobahn nicht mehr ausreicht, um den Spiegel aufzunehmen.

Ich weiss nicht, wo der "Crossover" anzusetzen ist, an dem der Segmentspiegel kostenguenstiger als der Monolith wird. Generell sind aber alle Spiegel groesser als 8.4m (Roger Angel's Wabenspiegel) segmentiert.

Segmente koennen klein sein, damit "handlich" und sie koennen in Ueberzahl angefertigt werden. Somit entsteht keine Auszeit, um den Spiegel zu aluminisieren. Wie beim Anstrich der Golden Gate Bridge, wo man wieder von vorn anfaengt, wenn man hinten fertig ist oder auch beim Koelner Dom - der Spiegel wird permanent aluminisiert, und ein gerade zu beschichtendes Segment durch ein gerade beschichtetes ersetzt. Man braucht lediglich einen Ersatzspiegel pro Zone, da der Hauptspiegel ja asphaerisch ist.

Es gibt aber auch andere Entwicklungen:

Das MMT ("Multi Mirror Telescope") auf dem Mount Hopkins war in den 1980er Jahren ein erster erfolgreicher Versuch, sechs 1.8m-Spiegel zu einem 4.4m-Teleskop zu vereinen. Das war damals noch sehr experimentell und nicht trivial. Inzwischen wurden die Spiegel durch einen monolithischen 6.5m-Spiegel ersetzt, und das MMT heisst jetzt "Monolithic Mirror Telescope".

Segmentspiegel extrem: Beim Giant Magellan Telescope werden sieben Spiegel mit je 8.4m Durchmesser zusammengelegt. So kann durch Segmentieren mit den weltgroessten Monolithen das Aequivalent eines 23m-Spiegels erreicht werden.

Hallo,
eigentlich gibts ja sowas schon, zumindest so in etwa.
Man braucht einen guten Rechner der die Bilder überlagert und den hat wohl fast jeder.
Zwar sind es nur zwei Spiegel die zu "einem" verbunden werden aber ist doch schon ein Anfang. Also ich rede von einem Bino egal ob Spiegel oder Refraktor.[:)]
Bei noch mehr Einzelspiegl wirds dann wohl zu schwierig für die Amateure.
Gruß, Andreas

Hallo,
ich meine, die Möglichkeiten für uns Amateure liegen liegen maximal darin, die Historie der Profis nachzuzeichnen. Das geht noch ein ganzes Stück weit in Richtung monolitischer Spiegel! Mit der einzigen Möglichkeit, die Spiegeldicke bis zum Exzess nach unten hin auszureizen. Dazu steht uns erstklassige Software zur Verfügung (PLOP, OpenFringe).
Alles andere sprengt doch die Möglichkeiten eines Einzelkämfers bei weitem!
Das Ausserdem macht es fast nur für die visuelle Erlebnisastronomie Sinn, die Spiegelgröße noch weiter zu steigern. Und das heisst vorallem: mobil bleiben!
Es ist völlig ausgeschlossen, den ganzen elektronischen Firlefanz für eine aktive Spiegelsteuerung allein für einen Spiegel (geschweige denn mehrere!) irgendwo in der Pampa zum laufen zu bringen. Die meisten sind schon froh, wenn sowas simples wie die Fangspiegelheizung funktioniert[:D]

Ich habe das nicht umsonst dokumentiert, was für circa 1000-2000 Euro als Start-Investition (Rohling, Schleifmittel, dies und das) möglich ist:
http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=120204
Wobei ist noch nicht weiss, ob es auch funktioniert...

cs Kai

Hi Ursus,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...um die Segmente richtig zu neigen. In der Herstellung stelle ich mir ein relativ kleines, sechseckiges Segment einfacher vor und vor allem billiger, als ein 30'' Rundglas. Noch größere Hauptspiegel wären denkbar...<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

dann fang doch mal damit an[:o)]. Wir ATM- Spiegelschleifer (insbeondere die Physiker und Ingenieure unter uns) und sind doch allesamt nicht schlau genug um auf so etwas zu kommen und machen lieber traditionell weiter in monolithisch[:I][8)].

Vermutlich kann man nach der von dir als einfach und preiswert eingeschätzten Methode einem preisgünstigen "Solarkocher" herstellen. Dieser würde auch mit nur einigen dutzend kleineren planen 6-eck Spiegeln gut funkionieren. Die Spiegelchen könntest du sogar als relativ preisgünstige Massenware im Baumarkt kaufen. D.h., wenn du (aller Wahrscheinlichkeit nach) die für einen Teleskopspiegel notwendige Präzision nicht erreichst dann hast du nicht umsonst gearbeitet[:D].

Noch etwas zu den 39m Spiegel, zumindest denkbar als Monolith:

a) Der ist aus praktischen Gründen wohl kaum als solcher an irgendeinem abgelegenen Beobachtungsort herstellbar.

b) Falls anderswo doch monolitsch herstellbar sind die Chancen sehr gering ihn als <b>ein Teil</b>vor Ort zu bringen.

c) Daher ist es sicherer den Spiegel gleich in Form von wohldefinieren Segmenten herzustellen und vor Ort auf einer dafür geschaffenen hochkomplexen Lagerung zu dem von Jürgen angesprochenen "geschlossenen Regelkreis" zusammenzusetzen.

Gruß Kurt

Hallo,
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">b) Falls anderswo doch monolitsch herstellbar sind die Chancen sehr gering ihn als ein Teilvor Ort zu bringen.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Bei 39m DM und sagen wir 150mm Dicke sind es doch nur ca. 400 Tonnen (wenn er insgesamt gekrümmt ist) wenn ich mich nicht verrechnet habe. Das geht doch [:D] Na ja es werden dann sicherlich einzelne Segmente ankommen [xx(].
Rechnet man Kai´s Spiegel hoch müsste er aber eher 1m Dick sein und dann wird bissl mehr.
Aber mal im Ernst 39m das muss man sich mal vorstellen. Das ist die Fläche von über 6000 1/2m Spiegeln von uns Amateuren. Und ca. die 30000000 (30 Millionen)fache Lichsammelleistung eines Auges, Wahnsinn.
Gruß, Andreas

Ein weiteres Problem von Segmenten ist der Übergang der Teile. Du kannst ja mal auf einem Monolith mit einem Glasritzer ein paar Sechsecke aufmalen - das Bild wird nicht besser werden.

Gruss Benny

Hall Andi,

39 Meter Durchmesser und 15 Zentimeter Dicke ist schon ziemlich sportlich - besonders wenn man die Pfeiltiefe bedenkt, die das bei den f/0.93 dann ergibt, die der E-ELT-Hauptspiegel haben soll [;)]

Da nehm ich dann doch lieber die kleinen mit 1.4 Metern Durchmesser und 5 Zentimeter Dicke [:)]

Viele Grüße
Caro

Hallo Caro,
ja 15cm wäre nicht nur sportlich, sondern verrückt.
Würde ja auch nur als Meniskus gehen, wenn überhaupt. Sonnst hätte man ein riesen Loch in der Mitte. Wäre ja auch eine Pfeiltiefe von ca. 2,6m. Da könnte ich mich reinstellen und niemand sieht einen. Könnte man glatt als Swimmingpool nehmen [:p]
Benny das Bild wird sicher nicht besser wenn es Segmente sind, aber in diesen Dimensionen spielt das sicher auch keine Rolle mehr. Bei meinem 24er möchte ich aber keine Segmente aufzeichnen, oder gar einritzen [xx(]
Gruß, Andreas

Hi Andreas,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...Na ja es werden dann sicherlich einzelne Segmente ankommen ...
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

genau das war mein Gedanke[:o)] Diese vermutlich irregulär geformten Segmente könnte man zwar noch auf die Tragekonstruktion bringen. Aber die Software zur Aussteuereung der vielen Aktuatoren müsste neu geschrieben werden,

meint Kurt

Hallo Freunde,
selbst wenn es gelänge ein Äquivalent zu einem großen Spiegel aus Segmenten im Amateurbereich hinzubekommen, spätestens beim ersten Durchschauen kommen die erstem Meckerer. Äh, wieviele Spikes sind den da, sieht ja furchtbar aus![;)]
Viele Grüße
Jörg

Liebe Freund/innen,

hier mein Beitrag zu diesem Thema (Was Sie immer schon mal sagen wollten, aber sich nicht einmal zu fragen trauten.)

Nehmen wir mal an, wir wollen ein Instrument für helle Objekte bauen. Wie nehmen drei kleine Rohlinge und schleifen abwechselnd mit den gleichen Tools eine Sphäre in jeden der Rohlinge. Wir hätten dann drei ziemlich identische Spiegel. Der Krümmungsradius wäre so ausgelegt, dass ein F9/12...-System oder so entsteht, wenn die drei Spiegel an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks angebracht werden. Bisserl müssten sie gekippt werden. Je größer das Dreieck im Verhältnis zum Durchmesser der Spiegel wird, umso höher sollte die theoretische Auflösung des Systems werden, ohne dass die Masse der Spiegel ansteigt (mechanisch wird es natürlich schon schwerer). Das Bild wird zwar dunkler als bei einem "Vollspiegel", aber bei den Planeten oder dem Mond ist das vielleicht zu verkraften. Durch das natürliche "Loch" in der Mitte ließe sich der Strahlengang falten das Gerät geriete nicht länger als ein Newton mit doppelter Lichtstärke. Die gewonnene Auflösung wird versucht, über Video-Stacking auszunutzen. Wem das zu dunkel ist, der macht sich statt drei identischen Spiegeln sechs oder mehr.

Die Tragekonstruktion müsste hinreichend steif sein; da sehe ich weniger das Problem. Aber sie müsste mit der thermischen Ausdehnung der Einzelspiegel harmonieren bzw. dürfte keine zusätzliche Verschiebung der Spiegel bedingen, wenn die Temperatur schwankt. Da wird's dann schwieriger... symmetrisch angeordnete Spiegel in leichtem seitlichem Kontakt würden sich allerdings "von selbst" ausrichten.

Viele Grüße (ich geh' schon mal in volle Deckung ;-), jan

Hallo Jan,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...Wie nehmen drei kleine Rohlinge und schleifen abwechselnd mit den gleichen Tools eine Sphäre in jeden der Rohlinge. Wir hätten dann drei ziemlich identische Spiegel... <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

dazu würde ich vorher einen sehr einfach zu realisierenden Modellversuch machen:

Einfach ein vorhandenes Teleskop mit einer Ddreiloch-Blende abblenden und selbiges mit einer den drei Öffnungen ensprechendem flächengleichen Teleskop in der Praxis vergleichen. Mein Bauchgefühl sagt mir dass die Einzelöffnung die bessere MTF liefert. Diese ist letzendlich für die Detailerkennung auf Mond und Planeten entscheidend. Vielleicht kann auch jemand die entsprechenden MTFs rechnen. Bei deinem Konzept mir den 3 sphärischen Spiegeln wäre allerdings der schädliche Einfluß von Koma und Asti wg. deren Schrägstellung mit zu berücksichtigen. Auch hier sagt mir mein Bauchgefühl dass das auch bei f/9 bis f/12 immer noch ganz schön heftig reinhauen würde.

Gruß Kurt

Lieber Kurt,

die Schrägstellung der Einzelspiegel gegen die Flächennormale des gleichseitigen Dreiecks würde ja genau die gedachte Sphäre ergeben. Wenn ich es recht sehe, wäre die Kippung 2*arctan(0,5*a/r) mit a=Abstand des Spiegelmittelpunkts vom Mittelpunkt des Dreiecks und r=Radius der Sphäre. Es sollten dann von Beugungseffekten abgesehen nicht mehr Abbildungsfehler auftreten, als beim sphärischen Vollspiegel gleichen Radius.

Der Praxistest mit Dreilochmaske wird etwas schwierig, vermute ich, weil ja kaum jemand ein größeres Teleskop mit sphärischem Spiegel hat. Eine Berechnung würde mich schon interessieren (würde für meinen diesbezüglichen Einstieg in die Schleiferei auch drei 76 mm Spiegelchen opfern).

Viele Grüße, jan

Hallo Jan,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Aspera</i>
<br />Lieber Kurt,

die Schrägstellung der Einzelspiegel gegen die Flächennormale des gleichseitigen Dreiecks würde ja genau die gedachte Sphäre ergeben. Wenn ich es recht sehe, wäre die Kippung 2*arctan(0,5*a/r) mit a=Abstand des Spiegelmittelpunkts vom Mittelpunkt des Dreiecks und r=Radius der Sphäre. Es sollten dann von Beugungseffekten abgesehen nicht mehr Abbildungsfehler auftreten, als beim sphärischen Vollspiegel gleichen Radius.

Der Praxistest mit Dreilochmaske wird etwas schwierig, vermute ich, weil ja kaum jemand ein größeres Teleskop mit sphärischem Spiegel hat. Eine Berechnung würde mich schon interessieren (würde für meinen diesbezüglichen Einstieg in die Schleiferei auch drei 76 mm Spiegelchen opfern).

Viele Grüße, jan

<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

den Modellversuch kannst du auch mit einem beliebig kleinen Teleskop machen. Es geht doch hauptsächlich darum ob die Aufteilung in 3 Einzelspiegel mit größerem Abstand tatsächlich die bessere MTF bringt gegenüber einen Einzelspiegel mit der Flächengröße = 3x kleine Spiegelfläche.

Gruß Kurt

Hallo,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">
die Schrägstellung der Einzelspiegel gegen die Flächennormale des gleichseitigen Dreiecks würde ja genau die gedachte Sphäre ergeben.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Eine Sphäre wird aber nicht genügen. Off-Axis Ausschnitte aus einem großen Parabolspiegel sind nicht sphärisch, sondern in erster Näherung sphärisch mit überlagertem Astigmatismus.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">
den Modellversuch kannst du auch mit einem beliebig kleinen Teleskop machen. Es geht doch hauptsächlich darum ob die Aufteilung in 3 Einzelspiegel mit größerem Abstand tatsächlich die bessere MTF bringt gegenüber einen Einzelspiegel mit der Flächengröße = 3x kleine Spiegelfläche.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Betrachten wir beispielsweise ein Teleskop bestehend aus drei 100mm Spiegeln, deren Mittelpunkte 450mm von der optischen Achse entfernt sind. Die MTF dieses Teleskops kann nicht besser sein als bei einem 1000mm Teleskop mit 800mm Obstruktion. Und da diese MTF bereits grauenhaft aussieht (1), erübrigt sich jeder weitere Gedanke an diesen Teleskoptyp.

(1) R.N. Wilson, Reflecting Telescopes 1, Seite 309.

Gruß
Michael

Lieer Michael, genau mein Argument: Es gibt kaum fertig verspiegelte, größere **Kugel**spiegel, aus denen sphärische Off-Axis Teile ausmaskiert werden könten. Das es aus einem Paraboloid nicht ohne zusätzliche Fehler geht, ist klar. Daher wird wohl nur eine Berechnung bleiben (edit: die Seite 309 wird in Google-Books leider nicht angezeigt). Viele Grüße, jan