|
|
|
|
ГЕОДЕЗИЯ НА РАДИОТЕЛЕСКОПЕ РАТАН-600.
Изобретатель антенны переменного профиля (АПП) С.Э. Хайкин претворение в жизнь своей идеи - создания большого радиотелескопа рефлекторного типа с высокоточной отражающей поверхностью в виде АПП - непосредственно связывал с возможностями классических геодезических измерений того времени [ 1 ], и это выдвигалось им как весомый аргумент успешности проекта. Именно поэтому юстировка Большого пулковского радиотелескопа (БПР) по радиусу выполнялась при помощи инварной проволоки, хотя и 100-метровой (О.Н. Шиврис), а для других операций предполагалось оснастить каждый щит теодолитом ТТ-50 в качестве контрольно-установочного устройства. Использование геодезических методов при подготовке БПР к радиоастрономическим наблюдениям и для их обеспечения полностью себя оправдало, и они были применены и для реконструкции БПР. В это же время для юстировки БПР успешно разрабатывались и другие методы : радиотехнический (А.А. Стоцкий), не совсем точно называемый - автоколлимационный (А.А. Стоцкий, Н. Ходжамухаммедов), и радиоастрономический (Г.Б. Гельфрейх, О.А. Голубчина), которые предполагалось внедрять на проектируемом радиотелескопе РАТАН-600. Каждый из этих методов обладал достоинствами, и каждый из них имел некоторые преимущества перед геодезическими методами. Но несмотря на последнее обстоятельство, внимание к геодезии не ослабевало, что проявилось в том, что геодезические методы по-прежнему рассматривались как рабочие в проекте РАТАН-600 [2[. 1. Сотрудничество с ЦНИИГАиК. Конечно, осуществление проекта РАТАН-600 было немыслимо без привлечения большого числа специализированных институтов и организаций. В области геодезии одним из таковых стал Центральный Ордена Знак Почета научно-исследовательский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии им. Ф.Н. Красовского (ЦНИИГАиК), и в частности, отдел специального применения геодезии этого института (А.Г. Белевитин). На протяжении всего периода строительства, ввода в эксплуатацию и дальнейших исследований радиотелескопа РАТАН-600 сотрудничество с ЦНИИГАиК было самым тесным, все проблемы обсуждались подробнейшим образом, решения принимались согласованно, многие работы выполнялись совместно. Институт организовал в месте строительства радиотелескопа постоянную экспедицию (А.П. Глумов). Основой геодезических измерений на площадке РАТАН-600 является опорная геодезическая сеть - плановая и высотная. Форма сети, конструкции геодезических знаков (плановых, высотных и планово-высотных), технология их закладки были разработаны совместно, совместно же была разработана первоначальная программа предстоящих геодезических работ [3].
Рис.1. Опорная геодезическая сеть радиотелескопа РАТАН-600. Сотрудниками ЦНИИГАиК был выполнен большой объем линейных и высотных измерений по определению положения пунктов опорной сети. Линейные измерения выполнялись ежегодно в течение нескольких лет по программе I класса базисным комплектом из 6 инварных проволок. В результате были получены абсолютные значения всех 'радиусов', данные о стабильности плановых пунктов и прогнозы по точности при использовании пунктов для привязки щитов кругового отражателя по радиусу. Определение высотного положения пунктов сети (реперов) выполнялось по программе высокоточного нивелирования II класса, впоследствии (с 1977 г.) несколько измененной с целью повышения точности измерений. В результате получены значения высот пунктов и данные об их стабильности во времени. Сотрудниками ЦНИИГАиК была выполнена важная работа по определению широты и долготы центра радиотелескопа, а также астрономического азимута (по программе определений I класса) опорного направления для ориентирования диаграммы направленности радиотелескопа. Для обеспечения монтажных работ, а также для проведения контроля за ними в ЦНИИГАиК был спроектирован и изготовлен комплект юстировочных инструментов 'ЮС РАТАН-600' - 'юстировочная станция РАТАН-600', который использовался уже при заводских испытаниях опытных образцов щитов кругового и плоского отражателей. На этих испытаниях исследовались деформации ферм щитов при их наклонах, правильность взаимного положения осей, качество движения и наклонов щитов, величины люфтов и т.п. Исследования выполнены совместно. Сотрудниками ЦНИИГАиК осуществлялось сопровождение строительных и монтажных работ, в частности, они вели разбивку фундаментов, опорных тумб и домкратов щитов кругового и плоского отражателей, выполняли юстировку опорных балок, ориентирование и горизонтирование угломестных осей. От высотных знаков с известными значениями высот по методике ЦНИИГАиК были выставлены в проектное положение опорные балки щитов всего кругового отражателя и угломестные оси всех щитов. От них же, т.е. от реперов, были установлены опоры щитов плоского отражателя. Очень большая работа выполнена ЦНИИГАиК по формированию отражающей поверхности щитов как кругового, так и плоского отражателей. Первоначально предполагалось, что поверхность будет формироваться на стапелях для круговых и плоских щитов, а задача геодезистов - установка в проектное положение 'ножей' стапеля и периодический выборочный контроль вышедших из-под стапеля щитов. Однако позднее была предложена другая методика, обеспечивающая более высокую точность, - 'под нивелир', по которой каждая юстируемая точка поверхности выставляется в проектное положение непосредственно по нивелиру. По такой методике были 'обработаны' все щиты радиотелескопа. Эта же методика была использована при повторном формировании поверхности щитов, вызванном сменой материала отражающей поверхности, а также изменением способа крепления щитов под стапелем. В конечном результате после всех усовершенствований методики поверхность щитов формировалась со ср. кв. ошибками < 0,10 мм для центральной части щита и < 0,15 мм для всей поверхности, что лучше ранее установленных проектных значений [4]. Работа - совместная. Большая работа выполнена по исследованию изменений высот и наклонов угломестных осей щитов при их радиальном перемещении, обусловленных температурными деформациями фундаментных колонн, а также неплоскостностью рельсов опорной балки. Результаты этого исследования непосредственно учитывались при подготовке радиотелескопа к наблюдениям. 2. Сопровождение строительных и монтажных работ. Сопровождение строительных и монтажных работ на площадке радиотелескопа РАТАН-600 со стороны САО (а ранее - со стороны отдела радиоастрономии ГАО) осуществлялось на всех этапах сооружения радиотелескопа. Так уже в январе-феврале 1968 г. было выполнено первое астрономическое наблюдение на площадке РАТАН-600 : определен астрономический азимут одной из сторон опорной съемочной сети - по Полярной и по Солнцу. Для разбивки фундаментов щитов кругового отражателя была разработана методика, позволяющая, опираясь на 38 фиксированных по азимуту с точностью порядка + 1' и измеренных с точностью + 2 мм, выполнить разбивку основных точек фундаментов со ср. кв. ошибкой порядка + 5 мм [5]. Эта же методика применялась для выборочного контроля положения возведенных фундаментных колонн кругового отражателя. С началом монтажных работ по установке опорных балок, кареток, а затем и щитов геодезические измерения переместились на эстакаду кругового отражателя. Для проверки равномерной расстановки опорных балок на окружности была опробована методика измерений 'равномерности' расположения при помощи обычной 50-метровой рулетки не только без учета натяжения ее, но и специально с разным натяжением в разных приемах измерений. Проверка методики дала отличные результаты, в дальнейшем данная методика применялась не только на эстакаде и не только на дуговых сооружениях радиотелескопа. Наклоны направляющих рельсов опорных балок выявлялись при помощи специально для этого изготовленного микронивелира с ценой деления микрометра 0,01 мм. Были обследованы опорные балки всех щитов, дефекты устранялись, получены данные об отклонениях рельсов от плоскости. Для ориентирования угломестных осей щитов кругового отражателя имелось несколько методик, наших и ЦНИИГАиК. В конце концов проверку ориентировки осей уже установленных щитов стали выполнять при помощи специального устройства, позволяющего укладывать ось вращения контрольной зрительной трубы параллельно проверяемой угломестной оси щита, а также по методике ЦНИИГАиК при помощи автоколлимационного теодолита, эта методика применялась также для контроля и настройки упомянутого выше устройства. Проверке были подвергнуты все щиты кругового отражателя, операция неоднократно повторялась в процессе эксплуатации радиотелескопа.
Как уже было упомянуто выше, геодезисты
САО активно участвовали в работе по формированию поверхности
щитов, начиная с этапа 'переобшивки'. В это время по нашей
инициативе был также изменен способ установки и фиксации щита
под стапелем при юстировке поверхности : щит теперь опирался на
концы своей угломестной оси, как и на опорной балке на
эстакаде. Благодаря этому, практически было сведено к нулю
влияние деформации фермы щита на качество поверхности, и
точность поверхности резко возросла [4,]. На рис. 2 показано
распределение ср. кв. ошибок поверхности всех щитов кругового
отражателя с новым материалом 'обшивки' и отъюстированных по
измененной методике.
Рис. 2 Впоследствии было разработано несколько методов и технологий исправления поверхности щитов непосредственно на их 'штатном месте', т.е. без их демонтажа и перевозки в стапельное помещение. Благодаря этому, удалось выполнить очень большую работу по проверке качества и исправлению поверхности щитов, а также по оснащению всех щитов кругового отражателя защитными экранами ('закрылками'), которые в дециметровом диапазоне можно рассматривать как дополнительную отражающую поверхность, существенно увеличившую площадь кругового отражателя. В это же время была проведена фиксация регулируемых точек поверхности (вариант В.Б. Хайкина) для предотвращения ухудшения поверхности со временем. В процессе выполнения описанных операций были обмерены, исправлены и закреплены поверхности всех щитов кругового (895 щитов) и плоского (124) отражателей. 4. Формирование поверхности вторичных зеркал радиотелескопа РАТАН-600. Для формирования отражающей поверхности вторичных зеркал, или облучателей, радиотелескопа РАТАН-600 (облучателей типа II-III и V) был разработан так называемый струнно-оптический метод [6,7]. Сущность метода заключается в том, что панели поверхности облучателя выставляются в проектное положение при помощи оптико-механического приспособления типа микрометра от струны, натянутой между опорными точками с известными координатами, близкими к координатам проектной поверхности. Опорные точки крепятся на каркасе зеркала с обеих сторон его по параболе (с точностью 1-2 мм). Их прямоугольные координаты определяются из высокоточных геодезических измерений : линейных, проецирования вертикально вверх и нивелирования - и могут быть проинтерполированы на любую точку натянутой струны. Таким образом можно определить положение любой точки юстируемой поверхности, в том числе и точки регулируемой, относительно поверхности проектной и, следовательно, проконтролировать выставление этой точки в нужное положение. Схема определения координат опорных точек показана на рис. 3.
Рис. 3
Этим методом юстируемые точки поверхности облучателя ?1 были выставлены в проектное положение со ср. кв. ошибкой + 0,10 мм, с учетом ошибок заводского изготовления панелей суммарная ошибка поверхности оказалась не хуже + 0,15 мм. Из повторных юстировок выяснилось, что опорные точки стабильны в течение 5-6 лет со ср. кв. ошибкой порядка + 0,1 мм, а положение юстируемых точек ухудшается до ср. кв. ошибки + 0,15 мм. Описанным методом были отъюстированы поверхности облучателей ?? 2 и 3 (типа II-III), и кроме того, он был модифицирован для облучателя типа V, имеющего отражающую поверхность большего размера. Облучатель типа VI, зенитный, имеет два зеркала: параболическое, диаметром 10 м, и коническое, высотой 5 м. Поверхность параболического зеркала была сформирована широко применяющимся в юстировочной практике способом - при помощи флаг-шаблона (конструкция Сызранского завода, методика ЦНИИГАиК). Согласно контрольным измерениям ЦНИИГАиК, качество отъюстированной поверхности характеризуется ср. кв. ошибкой + 0,2 мм. Работа - совместная. Для формирования поверхности конического зеркала был модифицирован ранее описанный струнно-оптический метод. В этой модификации эталонная коническая поверхность задается вращением струны, натянутой под углом в 45њ к вертикальной оси конуса, вокруг этой оси. Один конец струны крепится в точке, совпадающей с вершиной конуса, а другой - к концу вращающейся стрелы, ось вращения которой совпадает как с осью конуса, так и с осью параболы Схематично все это изображено на рис. 4 [8 ].
Панели конической поверхности устанавливались от струны при помощи оптико-механического микрометра. После окончания юстировки этим же способом были выполнены контрольные измерения, согласно которым точность поверхности характеризуется ср. кв. ошибкой + 0,3 мм. 5. Формирование поверхности главного зеркала РАТАН-600. Формирование поверхности главного зеркала РАТАН-600 - кругового отражателя - осуществляется путем перемещения щитов из исходного положения в расчетное. Поэтому первейшая задача юстировки - определение мест нулей (МО), т. е. отсчетов по отсчетно-установочным устройствам (ОУУ) в исходном положении щитов. С этой целью были разработаны методы и инструменты для определения положения щитов по радиусу относительно выбранной окружности, по азимуту относительно направления на центр радиотелескопа и по углу места относительно отвесной линии [3]. Принятыми методами определение азимутального и угломестного положения выполняется со ср. кв. ошибками порядка + 10" и +5" соответственно, что значительно лучше допустимых значений, а также намного точнее отработки задания на установку щитов по ОУУ. Поэтому на практике при определении МО измерения выполняются как минимум двумя приемами, чтобы уменьшить влияние погрешностей отработки [9,10]. Определение МО по радиусу выполняется при помощи специально изготовленного устройства, представляющего собой&n |
