Как создавалось шестиметровое зеркало для крупнейшего телескопа в Евразии

В ноябре 2017 года Лыткаринский завод оптического стекла отгрузил обновленное шестиметровое зеркало для самого большого телескопа в Евразии — БТА. Тогда нам удалось присутствовать при этом событии и даже заглянуть в цеха предприятия. Предлагаем вам вспомнить, как это было, присоединившись к небольшому фотопутешествию. Мы пройдем через те же основные технологические стадии, через которые прошло и зеркало БТА, прежде чем смогло увидеть звезды и далекие галактики.

Телескоп БТА («Большой телескоп альт-азимутальный») начал работать в Специальной астрофизической обсерватории РАН в Нижнем Архызе (Карачаево-Черкесская республика) в 1975 году. На тот момент он стал крупнейшим телескопом мира, оставаясь сегодня самым большим прибором в Евразии. Диаметр главного зеркала БТА — шесть метров, фокусное расстояние — 24 метра. Вес только лишь зеркала без металлической оправы превышает 40 тонн. Телескоп способен наблюдать объекты до 26 звездной величины. Разрешение телескопа несколько уступает современным телескопам, таким как Very Large Telescope Европейской южной обсерватории, но он по-прежнему остается важным астрономическим инструментом.

Лыткаринский завод оптического стекла был создан в 1934 году. Сейчас он входит в холдинг Швабе и обеспечивает производство практически всего оптического стекла в России. За время работы предприятие производило стекло и приборы из него для самых разных применений — от отражателей для проекторов в кинотеатрах середины XX века и прожекторов, служивших во Второй мировой войне, до гигантских объективов, которые устанавливают на спутниках для наблюдения за поверхностью Земли. Важное отличие оптического стекла от, например, оконного — строгие требования к однородности материала. Из-за этого варка оптического стекла оказывается очень сложным многостадийным процессом.

Жизненный путь любого оптического прибора начинается от специальной смеси окислов — шихты. Ее основа — оксид кремния и карбонаты щелочных металлов. Благодаря добавкам оксидов свинца, редкоземельных элементов, кобальта, меди и других металлов стекло приобретает особенные свойства. Проследим шаг за шагом за тем, как возникает готовая продукция.

Цех варки стекла. Слева — печи, в которых происходит варка. По центру — шаржирный кран, с помощью которого захватывают и переносят тигли с расплавом стекла. Справа — печи, в которых происходит предварительный разогрев тиглей

Смесь сурика (оксида свинца) и других компонентов оптического стекла — шихта

При варке, помимо основной смеси, также добавляют стеклобой — излишки стекла или дефектный материал, оставшийся от предыдущих варок

Варка происходит в больших печах. В печь устанавливают тигель объемом 500-700 литров, раскаленный до тысячи градусов. Затем постепенно в него начинают добавлять шихту и стеклобой — температура варки может достигать полутора тысяч градусов

Работники завода добавляют смесь и стеклобой с помощью специальных длинных ковшей

Печь для отжига стекла после варки. Массу стекла необходимо очень медленно остужать. Этот процесс может длиться от недели до полутора лет — как это было в случае заготовки зеркала БТА

Так выглядит готовое оптическое стекло после отжига

Справа — заготовка для линзы, слева — заготовка после шлифовки

Заготовки после шлифовки. Поверхность будущих линз пока еще матовая

Полировка линзы

Инструменты для полировки позволяют обрабатывать как выпуклые, так и вогнутые поверхности

Линзы после полировки

Другой путь — фрезеровка заготовок, например неодимового стекла для активных сред лазеров

Резка стекла с добавкой меди — пластинками из этого материала покрывают торцы активной среды неодимового лазера, чтобы лазерное излучение не покидало среду

Примеры «малогабаритной» продукции ЛЗОС — оптические фильтры, активные среды неодимовых лазеров и так далее

Создание опоры для разгрузочной конструкции на зеркале. С помощью специального резака с обратной стороны зеркала вырезают часть материала. Образуется сетка, способная выдерживать механическую нагрузку зеркала — она играет роль опоры для оправы зеркала

Шестиметровое зеркало БТА, изготовленное в 1970-х годах, — продукт сложнейшей работы советских инженеров. Только стадия отжига заготовки занимала более года. Цилиндры, виднеющиеся под поверхностью зеркала, — основа разгрузочного контура, они используются при монтаже зеркала на телескоп

Вчера завершился десятилетний цикл работ по шлифовке и полировке резервного главного зеркала БТА. Теперь зеркало отправят в Нижний Архыз, в Специальную астрофизическую обсерваторию РАН

Владимир Королёв