طريقة تصنيع التلسكوب

بعد أن تعرفنا في مقال  سابق عن أول تلسكوب في العالم سنكمل حديثنا عن طريقة تصنيع التلسكوب من كل النواحي .

يتكون التلسكوب من نظام بصري (العدسات و / أو المرايا) ومكونات الأجهزة لتثبيت النظام البصري في مكانه والسماح له بالمناورة والتركيز. يجب أن تكون العدسات مصنوعة من الزجاج البصري ، وهو نوع خاص من الزجاج يكون أنقى وأكثر تجانساً من الزجاج العادي. أهم المواد الخام المستخدمة في صناعة الزجاج البصري هي ثاني أكسيد السيليكون ، والذي يجب ألا يحتوي على أكثر من عُشر بالمائة (0.1٪) من الشوائب.

تنقسم النظارات البصرية بشكل عام إلى نظارات تاج ونظارات من الصوان. تحتوي نظارات التاج على كميات مختلفة من أكسيد البورون وأكسيد الصوديوم وأكسيد البوتاسيوم وأكسيد الباريوم وأكسيد الزنك. تحتوي نظارات الصوان على أكسيد الرصاص. عادة ما يتكون الطلاء المضاد للانعكاس على عدسات التلسكوب من فلوريد المغنيسيوم.

طريقة تصنيع التلسكوب

في البداية يمكن تصنيع مرآة التلسكوب من زجاج أقل نقاءً نوعًا ما من تلك المستخدمة في صناعة العدسة ، نظرًا لأن الضوء لا يمر عبرها. غالبًا ما يتم استخدام الزجاج القوي المقاوم للحرارة مثل Pyrex. Pyrex هو اسم العلامة التجارية للزجاج المكون من ثاني أكسيد السيليكون وأكسيد البورون وأكسيد الألومنيوم. عادة ما يكون الطلاء العاكس لمرايا التلسكوب مصنوعًا من الألمنيوم ، وعادة ما يتكون الطلاء الواقي الموجود أعلى الطلاء العاكس من ثاني أكسيد السيليكون.

عادة ما يتم تصنيع مكونات الأجهزة المشاركة مباشرة في النظام البصري من الفولاذ أو سبائك الصلب والزنك . يمكن تصنيع الأجزاء الأقل أهمية من مواد خفيفة وغير مكلفة مثل الألومنيوم أو بلاستيك أكريلونيتريل بيوتادايين ستيرين ، يُطلق عليه عادةً ABS.

عملية التصنيع

صنع مكونات الأجهزة

• 1 يتم تصنيع مكونات الأجهزة المعدنية باستخدام آلات تشغيل المعادن القياسية مثل المخارط ومكابس الحفر.
• 2 يتم إنتاج المكونات المصنوعة من بلاستيك ABS (عادة ما يكون الجسم الخارجي للتلسكوب) باستخدام تقنية تعرف باسم قولبة الحقن. في هذه العملية ، يتم إذابة البلاستيك وإجباره تحت الضغط إلى قالب على شكل المنتج النهائي. يُسمح للبلاستيك بالتبريد مرة أخرى إلى مادة صلبة ، ويتم فتح القالب للسماح بإزالة المكون.

صنع الزجاج البصري

• 3 يمزج مصنع الزجاج المواد الخام المناسبة مع نفايات الزجاج من نفس نوع الزجاج المراد تصنيعه. هذا الزجاج المهدر ، المعروف باسم cullet ، يعمل كتدفق ؛ أي أنها تتسبب في تفاعل المواد الخام معًا عند درجة حرارة أقل من تلك التي بدونها.
• 4 يسخن هذا الخليط في فرن زجاجي حتى يذوب في سائل. تختلف درجة الحرارة اللازمة لتشكيل الزجاج المصهور مع نوع الزجاج الذي يتم تصنيعه ، ولكن عادة ما تكون حوالي 2550 درجة فهرنهايت (1400 درجة مئوية).
• 5 ترتفع درجة حرارة الزجاج المنصهر إلى حوالي 2820 درجة فهرنهايت (1550 درجة مئوية) لإجبار فقاعات الهواء على الوصول إلى السطح. يُسمح بعد ذلك بالتبريد أثناء التقليب المستمر حتى تصل إلى حوالي 1830 درجة فهرنهايت (1000 درجة مئوية) ، وعندها يكون سائلًا سميكًا للغاية. يسكب هذا الزجاج اللزج المصهور في قوالب بنفس شكل العدسات المطلوبة تقريبًا.
• 6 بعد أن يبرد الزجاج إلى حوالي 570 درجة فهرنهايت (300 درجة مئوية) ، يجب إعادة تسخينه إلى حوالي 1020 درجة فهرنهايت (550 درجة مئوية) لإزالة الضغوط الداخلية التي تتشكل أثناء فترة التبريد الأولية والتي تضعف الزجاج. يُسمح بعد ذلك بالتبريد ببطء إلى درجة حرارة الغرفة. تُعرف هذه العملية بالصلب. تُعرف قطع الزجاج النهائية على شكل العدسة باسم الفراغات.

صنع العدسات

تتم معالجة الفراغات من قبل الشركة المصنعة للتلسكوب في ثلاث خطوات: القطع والطحن والتلميع. يتم تشكيل المرآة بنفس طريقة العدسة حتى يتم تطبيق الطلاء العاكس.

• 7 أولاً ، قاطع أسطواني عالي السرعة يدور بشفرة ماسية مستديرة ، المعروف باسم مولد المنحنى ، يحلق سطح العدسة حتى يتم تحقيق التقريب الدقيق للمنحنى المطلوب. يتم فحص العدسة المقطوعة بمقياس كروي لفحص الانحناء وإعادة وضعها عند الضرورة. يختلف الوقت المطلوب للقطع اختلافًا كبيرًا مع نوع الزجاج الذي يتم قطعه ونوع العدسة التي يتم تشكيلها. قد تتطلب العدسة عدة قصاصات ، قد تستغرق كل منها من بضع دقائق إلى أكثر من نصف ساعة.
• 8 توضع العديد من الفراغات المقطوعة على كتلة منحنية بحيث تصطف أسطحها كما لو كانت كلها جزءًا من منحنى كروي واحد كبير. هذا ضروري حتى تتمكن آلة الطحن من طحنهم جميعًا بنفس الطريقة. يتم الضغط على سطح طحن الحديد الزهر المعروف باسم أداة عليها. أثناء الطحن ، يدور كتلة العدسات بينما تكون الأداة حرة في الحركة بشكل عشوائي فوقها. بين الأداة والكتلة يتدفق الطين المحتوي على الماء ، مادة كاشطة للقيام بعملية الطحن (عادة كربيد السيليكون) ، سائل تبريد لمنع تلف العدسات بسبب ارتفاع درجة الحرارة ، وفاعل بالسطح لمنع الكشط من الاستقرار. السرعة التي تدور بها الكتلة ، القوة الموضوعة على العدسات ، المحتويات الدقيقة للملاط ، ويتم التحكم في المتغيرات الأخرى من قبل أخصائيي البصريات ذوي الخبرة لإنتاج النوع الدقيق للعدسة المطلوبة. يتم فحص كل عدسة مرة أخرى باستخدام مقياس كروي وتعود إذا لزم الأمر. قد تستغرق عملية الطحن الكلية في أي مكان من ساعة إلى ثماني ساعات. يتم تنظيف العدسات الأرضية ونقلها إلى غرفة التلميع.
• 9 تشبه آلة التلميع آلة الطحن ، ولكن الأداة مصنوعة من طبقة – مادة سميكة وناعمة وراتنجية مشتقة من قطران الفحم أو قطران الخشب. يتم صنع أداة العرض التقديمي عن طريق وضع شريط حول محيط طبق منحني ، والسكب في طبقة سائلة ساخنة مع مكونات أخرى مثل شمع العسل وأحمر الجواهر ، وتركه تبرد في صلب. يمكن لأداة العرض تلميع حوالي 50 عدسة قبل أن تتم إعادة تشكيلها. يستمر التلميع بنفس طريقة الطحن ، ولكن بدلاً من الكشط ، يحتوي الملاط على مادة تلميع ، وعادة ما يكون ثاني أكسيد السيريوم ، على شكل مسحوق وردي ناعم للغاية. يتم فحص العدسات المصقولة بصريًا وإعادة تلميعها إذا لزم الأمر. قد يستغرق إجراء التلميع من نصف ساعة إلى أربع أو خمس ساعات. يتم تنظيف العدسات وجاهزة للطلاء.

تطبيق الطلاء

• 10 لتحويل العدسة إلى مرآة ، يتم تطبيق طبقة رقيقة جدًا من الألمنيوم. يتم تسخين الألومنيوم في فراغ لتشكيل بخار. يتم تطبيق شحنة كهربائية ساكنة على سطح العدسة بحيث تنجذب إليها أيونات الألومنيوم المشحونة بشكل إيجابي. يتم اتباع إجراءات مماثلة لتطبيق طلاء ثاني أكسيد السيليكون لحماية السطح الهش للمرآة أو لتطبيق طلاء مضاد للانعكاس لفلوريد المغنيسيوم على سطح العدسة. يتم فحص العدسة أو المرآة النهائية ، وتمييزها بتاريخ التصنيع ورقم تسلسلي ، وتخزينها حتى الحاجة.

تجميع وشحن التلسكوب

• 11 يتم تجميع مكونات الأجهزة والعدسات والمرايا اللازمة لصنع نموذج معين من التلسكوب يدويًا في عملية خط التجميع. يتم تعبئة التلسكوب المكتمل برغوة بوليسترين موسعة قريبة التثبيت لحمايته من التلف أثناء الشحن. يتم تعبئة التلسكوب في صندوق من الورق المقوى وشحنه إلى بائع التجزئة أو المستهلك.

مراقبة الجودة

إن أهم جوانب مراقبة الجودة للتلسكوب البصري هي دقة العدسات والمرايا. خلال مراحل القطع والطحن ، يتم قياس الأبعاد المادية للعدسة بعناية فائقة. يتم قياس سمك العدسة وقطرها باستخدام الفرجار الورني ، وهو أداة تشبه مفتاح القرد. يتم وضع الفك الخارجي الثابت للفرجار على جانب واحد من العدسة ويتم تحريك الفك المنزلق الداخلي برفق حتى يلتقي بالجانب الآخر من العدسة. في الفرجار الورني الكلاسيكي ، تتم قراءة أبعاد العدسة بدقة شديدة باستخدام مقياس يتحرك جنبًا إلى جنب مع الفك الداخلي ويقارن بمقياس ثابت مرتبط بالفك الخارجي. يعمل هذا النوع من الفرجار مثل قاعدة الشريحة.

يتم قياس انحناء العدسة بمقياس كروية ، وهو جهاز يشبه ساعة الجيب بثلاثة دبابيس صغيرة بارزة من قاعدتها. يتم تثبيت الدبابيس الخارجية في مكانها بينما يكون الدبوس الداخلي حرًا في الدخول والخروج. يتم وضع مقياس الكريات بلطف على سطح العدسة. اعتمادًا على نوع المنحنى ، إما أن يكون الدبوس الأوسط أعلى من الدبابيس الأخرى أو أقل من الدبابيس الأخرى. تحرك حركة الدبوس الداخلي إبرة على قرص معاير على وجه مقياس الكرة. تتم مقارنة هذه القيمة مع القيمة القياسية التي يجب الحصول عليها للانحناء المطلوب.

تختلف التفاوتات مع نوع العدسة التي يتم تصنيعها ، ولكن قد يكون الاختلاف المقبول النموذجي زائدًا أو ناقصًا 0.0008 بوصة (20 ميكرومتر). بالنسبة للعدسة المسطحة ، بشكل عام ، من المقرر أن تصبح مرآة مستوية ، يكون التسامح أصغر كثيرًا ، وعادة ما يكون تقريبًا زائد أو ناقص 0.00004 بوصة (1.0 ميكرومتر).

خلال مرحلة التلميع ، هذه الأدوات ليست دقيقة بما يكفي لضمان عمل العدسة بشكل صحيح. يجب استخدام الاختبارات البصرية ، التي تقيس طريقة تأثر الضوء بالعدسة. يُعرف اختبار شائع واحد باسم اختبار التوطين الذاتي. يتم وضع العدسة في غرفة مظلمة ومضاءة بمصدر ضوء شديد الكثافة. يتم وضع صريف حيود (سطح يحتوي على الآلاف من الأخاديد المتوازية المجهرية لكل بوصة) عند النقطة التي يجب أن تركز فيها العدسة الضوء. يؤدي الصريف إلى تشكيل نمط تداخل للخطوط المظلمة والضوء أمام النقطة البؤرية وخلفها. وبالتالي يمكن العثور على النقطة البؤرية الحقيقية بدقة ومقارنتها بالنقطة البؤرية النظرية لنوع العدسة المطلوبة.

من أجل اختبار عدسة مستوية ، يتم وضع العدسة المعروفة بأنها مستوية على الوجه المراد اختباره ، والذي يقع على قطعة من اللباد الأسود. تؤدي الفجوات الميكروسكوبية بين العدستين إلى ظهور نمط تداخل عند تطبيق ضغط لطيف. تُعرف الخطوط الفاتحة والداكنة بحلقات نيوتن. إذا كانت العدسة التي يتم اختبارها مسطحة ، فيجب أن تكون الخطوط مستقيمة ومنتظمة. إذا لم تكن العدسة مسطحة ، فستكون الخطوط منحنية.

المستقبل

التقنيات المستخدمة لإنتاج العدسات والمرايا الممتازة كانت دون المستوى المطلوب لسنوات عديدة ، ومن غير المحتمل حدوث ابتكارات رئيسية في هذا المجال. مجال واحد من البحث النشط في تكنولوجيا الطلاء. يمكن تطوير مواد طلاء جديدة لتوفير حماية أفضل للمرايا ومنع فقدان الضوء بشكل أفضل من خلال الانعكاس للعدسات.

هناك مجال أكثر تقدمًا دراماتيكيًا في الملحقات الإلكترونية التي تصاحب التلسكوبات. سيتمكن الفلكيون الهواة قريبًا من الحصول على مقاريب مزودة بأنظمة توجيه حاسوبية مدمجة تمكنهم من توجيه المقراب تلقائيًا إلى جسم سماوي محدد وتتبعه ليلًا. وسيتمكنون أيضًا من ربط كاميرات الفيديو بتلسكوباتهم وتصوير مثل هذه الظواهر الفلكية مثل الكسوف القمري وتحركات الكواكب والأقمار.((Read more: http://www.madehow.com/Volume-2/Telescope.html#ixzz6SqCAYLRa))