Простой астротрекер своими руками
Ночное небо, усеянное жемчужинами звезд – трудно представить картину прекраснее. Человеческий глаз не замечает медленного суточного движения небесной сферы вокруг точки, которая называется полюсом мира (это движение происходит из-за вращения Земли вокруг своей оси). Но если попробовать сделать фотоснимок неба, то уже при выдержке в 20-30 секунд (в зависимости от фокусного расстояния объектива) изображения звёзд из точек превратятся в черточки.
В некоторых случаях это позволяет получить эффектное фото. Например, тестируя камеру Olympus TG-6, мы сделали вот такой снимок (режим Live Composite).
Но треки звезд не всегда украшают фотографию. К примеру, снимок с треком пролетающей над лесом Международной Космической Станции (МКС) был бы гораздо лучше с четкими изображениями созвездий – однако станция пересекает область кадра примерно за две минуты, и смазывания звезд никак не избежать.
Впрочем, способ есть: для компенсации смазывания при съемке с большой выдержкой используются устройства, которые называются астротрекерами. С их помощью фотокамера смещается в том же направлении и с той же угловой скоростью, что и небесная сфера, как бы «отслеживая» движение звёзд (отсюда и название). Астротрекеры продаются в специализированных магазинах, но их высокая цена, превышающая цену телескопа начального уровня, заставляет любителей астрономии мастерить подобные устройства самостоятельно.
Идея астротрекера: 1 – винт, поднимающий верхнюю доску, 2 – фотокамера, 3 – ось поворота верхней доски
Простейший астротрекер представляет собой две доски, соединенные дверной петлей. Верхняя доска, на которой установлена фотокамера, поворачивается с такой же скоростью, с которой звездное небо вращается вокруг Полярной звезды (15° в час). Из-того, что петля, соединяющая доски, напоминает петлю амбарной двери, в английском языке за этими устройствами закрепилось название Barn Door Tracker.
Желающие могут найти в интернете немало пособий по изготовлению астротрекера данного типа. Отметим, например, публикации Гэри Сероника (Gary Seronik):
https://garyseronik.com/a-tracking-platform-for-astrophotography/
и Алекса Кузьмука (Alex Kuzmuk):
https://habr.com/ru/post/227499/
Несмотря на нарочитую простоту этих описаний (статья Кузьмука так и называется – «Астротрекер за два вечера»), изготовление прибора оказывается не столь простым: авторы используют шаговые двигатели постоянного тока, контроллеры на платформе Arduino, пишут для них коды, а шестерни привода вырезают лазером или изготавливают на 3D принтере. Как говорится, просто, да не очень…
Наш самодельный астротрекер изготовлен без Arduino и 3D-принтера, а главные элементы его конструкции – это доступные для всех детали для бытовой техники. При его создании мы исходили из того, что пользоваться устройством предстоит не «в поле», а на даче, где есть электрическая сеть. Поэтому в качестве мотора был использован электродвигатель гриля для духового шкафа с редуктором. Марка духовки не имеет принципиального значения – подобные моторы с напряжением питания 220 В стоят в духовках Hotpoint, Gorenje, BEKO, Hansa и др. Цены могут отличаться в зависимости от модели и условий покупки – например, наш электромотор стоил 560 руб. при самовывозе из магазина запчастей, но при заказе через интернет его цена составляет 420 руб.
Электродвигатель гриля для духового шкафа
Мощность моторчика – 6 Вт, частота вращения была определена экспериментально в серии из семи замеров по 10 оборотов вала в каждой.
Таблица
|
№ серии |
Время совершения 10 оборотов, сек |
Скорость вращения вала, об./мин |
Отклонение от среднего |
|
1 |
313,79 |
1,9121 |
0,0031 |
|
2 |
314,95 |
1,9050 |
- 0,0040 |
|
3 |
314,00 |
1,9108 |
0,0018 |
|
4 |
314,05 |
1,9105 |
0,0015 |
|
5 |
314,51 |
1,9077 |
- 0,0013 |
|
6 |
314,32 |
1,9089 |
- 0,0001 |
|
7 |
314,43 |
1,9082 |
- 0,0008 |
|
Среднее |
|
1,9090 |
0,0018* |
* по модулю
По результатам замеров скорость вращения вала мотора составила 1,9090 об./мин ± 0,0942%.
В качестве передаточного механизма были использованы шестерни для электрической мясорубки (диаметр 80 мм, зубья прямые 39, диаметр посадки 10 мм). Цена одной шестерни – 300 рублей. Таким образом, цена комплекта «электромотор гриля + две шестерни» составляет немногим более 1000 рублей. Такие детали астротрекера, как петли, гайки, шайбы, саморезы и т.д. в общей сложности стоят намного меньше (причем многие из них вообще не покупались, а были взяты из того ящичка, где у каждого мужчины на всякий случай лежат разные железки). То же самое относится и к доскам из ДСП. Полиамидная шпилька М8, которая использовалась в качестве винта, стоит около 700 руб. за погонный метр и, к сожалению, продается только метровыми кусками, хотя для нашего прибора хватило бы и полметра. Пришлось купить метровую шпильку и отрезать лишнее.
В одну из шестерен вставлена цанговая гайка с внутренней резьбой М8
Электромотор прикреплен к нижней стороне неподвижной доски, к клеммам подсоединен электрический провод с вилкой и выключателем
Вал электромотора заканчивается раструбом, в который вставляется вертел гриля. Этот раструб нужно спилить, а вал пропустить через отверстие в доске.
Где сверлить отверстие в доске под винт (и, соответственно, под вал мотора)? Иными словами, чему равно расстояние Х на рисунке? Здесь нужно выполнить несложные расчеты, найдя один из катетов треугольника по углу при вершине и другому катету.
Известно:
- угловая скорость поворота верхней доски: 15° в час = 0,25° в минуту;
- скорость вращения вала мотора: 1,909 об./мин. Поскольку у нас одинаковые шестерни (передаточное число 1 : 1), то это и скорость вращения винта;
- шаг винтовой резьбы М8 равен 1,25 мм. На такую высоту винт поднимет верхнюю доску за один оборот. А высота подъема h за минуту составит 1,25 х 1,909 = 2,386 мм.
По этим трем известным находим неизвестное Х: в нашем случае это 54,7 см.
Астротрекер в сборе
Наш прибор собран. На верхней доске установлена головка для крепления фотокамеры. Выполняем контрольный замер: укрепив на стене лист бумаги, включаем мотор и отмечаем карандашом на листе положения верхней доски. Убеждаемся, что всё сделано правильно: за час доска поворачивается ровно на 15°.
Важно, что наш винт сделан не из металла, а из гибкого полиамида – благодаря изгибу при вращении не накапливается ошибка. Согласно источникам, при изготовлении астротрекера данного типа приходится либо заранее изгибать металлический винт, либо городить сложную конструкцию с несколькими (двумя, а то и тремя) петлями. А наш винт легко изгибается сам.
Верхний конец винта закреплен в доске с помощью двух гаек (колпачковой сверху и обычной снизу). При вращении ведомой шестерни, внутрь которой, как мы помним, вставлена цанговая гайка, винт просто «выдавливается» вверх, поднимая доску. Ведомая гайка, кстати, вообще никак не закреплена, а ведущая насажена на вал мотора с помощью вставки, сделанной из обрезка карандаша.
Астротрекер прибыл к месту работы
Поскольку локацию при использовании прибора менять не предполагается, для его установки делаем раму с фиксированным углом наклона к горизонту 55° (это географическая широта нашей дачи).
В принципе, если у вас есть достаточно устойчивый стол, раму с прибором можно установить на нем. Но наш дачный стол довольно шаткий, поэтому раму мы установили на деревянной треноге.
Тренога, к слову, не изготавливалась специально. Это устройство «двойного назначения» в зимнее время используется для укрытия роз.
Рама с астротрекером установлена на треноге
Длина электрического кабеля на катушке – 40 м. Этого вполне достаточно, чтобы дотянуться до ближайшей розетки.
Для точной ориентации на север сверяемся с компасом. А для наведения на Полярную звезду укрепляем на раме оптический визир в виде трубки.
Астротрекер готов к работе. Обратите внимание на еще один элемент конструкции – треугольную металлическую рамку. Она служит скользящей опорой для верхней доски и добавлена, чтобы минимизировать возможный перекос в петлях, соединяющих доски.
Первый, контрольный, снимок – созвездие Большой Медведицы (она почти в зените, хвостом вверх) – сделан с выключенным мотором. Слева след самолета. Выдержка 3 минуты, звезды, естественно, смазались.
Следующая фотография – выдержка те же 3 минуты, но с работающим астротрекером (опять слева в кадр попал самолет, но это лишний пруф того, что выдержка длинная).
Здесь для сравнения даны фрагменты двух снимков с «ковшом», чтобы почувствовать разницу
Снимок с выдержкой 5 минут. За это время успело пролететь три самолета и проявилось много новых звезд. Камера Olympus TG-6, режим Live Composite.
И, наконец, снимок пролета МКС (снова не обошлось без самолета). Выдержка около 5 минут, сдвига звезд нет.
Итак, наш простой астротрекер, изготовленный из недорогих деталей к бытовой технике, успешно протестирован и доказал свою работоспособность.
Вадим Коляда
См. также:
