Самодельный астрограф на базе трекера Fornax LighTrack 2

Обзоры нашего астрономического оборудования
Правила форума
Здесь представлены обзоры и фотографии нашего оборудования.
Ответить
Аватара пользователя
Dmitry Kolesnikov
Сообщения: 71
Зарегистрирован: 15 май 2011, 13:14
Откуда: Пермь, Москва
Контактная информация:

Самодельный астрограф на базе трекера Fornax LighTrack 2

Сообщение Dmitry Kolesnikov »

Опишу здесь устройство своего астрографа. Надеюсь, кому-нибудь пригодится. Буду рад конструктивной критике и постараюсь ответить на вопросы, если они будут.

Астрограф создавался для фотографирования полного солнечного затмения 14 декабря 2020 года. Съёмка солнечной короны планировалась на камеру Canon EOS 7D Mark II и объектив Рубинар 500/8. Необходимая выдержка для проработки внешних частей короны на такой сетап около 8 секунд, это требует суточного ведения. Поэтому, перед началом проектирования я сформулировал следующие требования к конструкции:
1) точность трекера должена позволять снимать с фокусным расстоянием 500 мм и выдержкой до 8 секунд;
2) исключительная жёсткость конструкции для противостояния возможному ветру;
3) компактность (затмение наблюдалось из Чили, предстояло совершить три авиаперелёта и путешествие на автомобиле около 800 км);
4) простота конструкции и максимальное использование готовых деталей.
Конечно, я с самого начала предполагал, что астрограф будет использоваться и для ночной астрофотографии.

Первая версия.

В результате нескольких месяцев мысленного проектирования я пришёл к следующему варианту (первая версия астрографа).
astrograph_v1.jpg

За основу был выбран 45-мм алюминиевый конструкционный профиль: два бруска по 400 мм. Бруски соединены между собой стандартными стальными пластинами, болтами и пазовыми сухарями. Эти детали были заказаны на сайте https://www.soberizavod.ru/. Для крепления опор в профиле были высверлены ответстия диаметром 17 мм и в них запрессованы втулки с внутренней резьбой 12 мм. Во втулки ввинчены опоры. Вращением опор можно точно выставить полярную ось. Однако оказалось, что втулки имеют небольшой люфт с опорами, во второй версии астрографа люфт был устранён.
stand.png
stand_blueprint.png

Экваториальный клин нерегулируемый, представляет собой сплошную фрезерованную деталь из алюминиевого сплава. Деталь была выточена мастером на заказ по чертежу. Клин крепится к профилю с помощью 45-градусных стальных пластин. Отверстия в клине позволяют выставить широту 40 и 60 градусов. (40 градусов --- примерная широта наблюдения солнечного затмения в южном полушарии, 60 градусов --- примерная широта Москвы).
wedge_1.jpg
wedge_1.jpg (7.97 КБ) 823 просмотра
wedge_2.jpg
wedge_2.jpg (9.69 КБ) 823 просмотра
wedge_3.jpg
wedge_3.jpg (9.23 КБ) 823 просмотра
Для других значений широты можно использовать другие пластины (15, 30, 60 градусов) и/или перевернуть клин. Точное выставление полярной оси осуществляется с помощью резьбовых опор.

Для суточного ведения был выбран трекер Fornax LightTrack 2. Производитель обещает точность ведения 1 угловую секунду за 8 минут экспозиции. Такая точность обеспечивается за счёт фрикционной передачи и высококачественного шагового двигателя. Грузоподъемность 12 кг при условии хорошей балансировки. Питается от внешнего аккумулятора на 12 В. Недостаток трекера состоит в том, что время экспозиции ограничено 107 минутами. После этого, для продолжения съёмки, трекер необходимо «перематывать». Конечно, вместо LightTrack можно установить любой другой трекер.
lightrack2.png
Питание трекера я организовал от 10 1.2 В Ni-MH перезаряжаемых элементов Panasonic Eneloop в батарейном держателе.
photo_2022-12-24_19-21-39.jpg

В первой версии астрографа трекер крепился в необычном, перевёрнутом, положении для максимально низкого положения центра масс. Забегая вперёд, скажу, что перевёрнутое положение трекера нежелательно, поскольку от опрокидывания его удерживает очень маленький установочный винт, явно не рассчитанный на такую нагрузку.
astrograph_v1.jpg

Камера крепилась с помощью штативной головы (Gimbal Head) Sirui PH-30. Гимбал позволяет очень удобно вращать камеру с объективом вокруг их центра масс, не меняя балансировку. Однако, PH-30 сам по себе создает момент сил из-за несимметричной конструкции, и его нужно уравновешивать.
ph30.png

Продолжение ниже
Аватара пользователя
Dmitry Kolesnikov
Сообщения: 71
Зарегистрирован: 15 май 2011, 13:14
Откуда: Пермь, Москва
Контактная информация:

Re: Самодельный астрограф на базе трекера Fornax LighTrack 2

Сообщение Dmitry Kolesnikov »

Вторая версия.

Получив бесценный опыт в Чили, позже я устранил недостатки первой версии астрографа. Во второй версии добавлен вертикальный двойной профиль. За счёт этого удобство использования астрографа значительно выросло. Кроме того, трекер теперь в нормальном положении.
photo_2022-12-24_19-21-36.jpg
photo_2022-12-24_19-21-53.jpg

Для устранения люфта опорных стрежней добавлены алюминиевые адаптеры крепления опор.
photo_2022-12-24_19-21-57 (2).jpg
photo_2022-12-24_19-21-57.jpg

Заменены сами опоры, теперь резьбовые стержни с шаровым наконечником просто кладутся в металлическую пятку. Это позволяет почти без усилий регулировать положение полярной оси. Кстати, немаловажно, что регулировка опор происходит у самой земли --- это сводит к минимуму вероятность случайно сдвинуть астрограф во время регулировки.
photo_2022-12-24_19-21-39 (2).jpg
photo_2022-12-24_19-21-40.jpg

Гимбал временно заменён на шаровую голову.
photo_2022-12-24_19-21-41.jpg

Фокусировка осуществляется с помощью маски Бахтинова (куплена на AliExpress).
photo_2022-12-24_19-21-32.jpg

Значительный прогресс связан с разработкой собственного софта. В частности, написана программа для точного выставления полярной оси.

Если доступна околополюсная область неба, то достаточно сделать два кадра этой области с произвольным поворотом камеры вокруг полярной оси между кадрами. Алгоритм осуществляет астрометрию (plate-solving) на обоих кадрах, определяет центр вращения и вычисляет на сколько оборотов нужно повернуть резьбовые стержни опоры (конечно, нужно заранее внести координаты места наблюдения, геометрические параметры монтировки: относительные координаты опор и шаг резьбы винтов). Точность выставления полярной оси определяется фокусным расстоянием объектива и точностью поворота стержня опоры гаечным ключом.

С фокусным расстоянием 500 мм за 2-3 итерации (5 минут времени) я добивался точности выставления полярной оси около 20 угловых секунд.

Если околополюсная область недоступна (как у меня сейчас на балконе в Дилижане), программа всё равно позволяет выставить полярную ось по трём снимкам неба с поворотом между кадрами. Точнось получается хуже (с фокусным расстоянием 105 мм около 2 угловых минут), но вполне достаточная для для длительных выдержек (проверил до 10 минут).

Замечательно то, что для выставления полярной оси используется тот же объектив и камера, что и для последующего фотографирования неба. Не нужно никаких дополнительных приспособлений (кроме компьютера).

Все вычисления и управление камерой происходит на одноплатном компьютере Raspberry Pi 4 Model B. Подключение к интернету не требуется. Не требуется наличие ноутбука. Я настроил так, чтобы Raspberry Pi разворачивал Wi-Fi точку при включении питания, далее я подключаюсь к одноплатнику через ssh-терминал на смартфоне.
photo_2022-12-24_19-21-37.jpg

Софт пока проходит отладку, в скором времения я выложу его на GitHub.

Проблемы

Главная проблема такого сетапа --- очень сложно навестись на выбранный объект. Фактически, наведение производится вручную, с некоторым количеством тестовых кадров. Возможно, я придумаю как использовать plate-solving для ассистирования наведения.

Ещё одна проблема связана с тем, что у Raspberry Pi нет RTC --- часов реального времени, поэтому каждый раз при подключении питания нужно вручную устанавливать время. Для решения проблемы я приобрёл GPS-модуль (заодно он определяет координаты), однако он не помещается в алюминиевый корпус одноплатника. Нужен другой корпус.

Третья проблема --- очень быстро разряжается аккумулятор камеры. Для решения этой проблемы уже заказал на AliExpress dummy battery c проводом внешнего питания.


Выводы

В итоге, получилась вполне рабочая конструкция. Конечно, я собрал её как конструктор --- из готовых деталей, но процесс проектирования, программирования и оптимизации компонентов доставил мне большое удовлетворение. Монтировка получилась исключительно жёсткой. Полярная ось не сбивается даже после снятия/установки камеры на шаровую голову. Точность трекера позволяет делать как минимум 10 минутные выдержки без гидирования на фокусном расстоянии 500 мм. В разобранном состоянии астрограф очень компактный, примерно 40 x 10 x 10 см плюс клин, трекер, штативная голова и камера. Кроме того, алюминиевый профиль, стальные пластины, крепёж, опоры стоят не очень дорого. Набор для первой версии мне обошёлся в 3600 рублей.
price.png
Изготовление экваториального клина на заказ стоило 3000 рублей.


Спасибо за внимание! С нетерпением жду фидбека :)
Аватара пользователя
didperm
Сообщения: 1633
Зарегистрирован: 13 окт 2008, 15:44
Тeлeфoн: 89058634337

Re: Самодельный астрограф на базе трекера Fornax LighTrack 2

Сообщение didperm »

Интересная конструкция ))

Главное во все этой истории - установка полярной оси.

В процессе установки полярной оси с фотоаппарата кадры попадают в Разбери
и там обрабатываются?
А управляешь установкой со смартфона?
То есть команду посылаешь, типа "Принять первый кадр", "Принять второй кадр" ?
Трактор...)
Аватара пользователя
Dmitry Kolesnikov
Сообщения: 71
Зарегистрирован: 15 май 2011, 13:14
Откуда: Пермь, Москва
Контактная информация:

Re: Самодельный астрограф на базе трекера Fornax LighTrack 2

Сообщение Dmitry Kolesnikov »

didperm писал(а):
25 дек 2022, 20:31
В процессе установки полярной оси с фотоаппарата кадры попадают в Разбери
и там обрабатываются?
Да, файлы с камеры автоматически загружаются на Raspberry Pi и там обрабатываются.
didperm писал(а):
25 дек 2022, 20:31
А управляешь установкой со смартфона?
То есть команду посылаешь, типа "Принять первый кадр", "Принять второй кадр" ?
Да, управление через командную строку. Я подключаю телефон к Wi-Fi Raspberry Pi, запускаю терминал на смартфоне (приложение Terminus), захожу по протоколу ssh на Raspberry Pi. В терминале запускаю скрипт на Python. Скрипт ждёт нажатия Enter, после которого посылается команда в камеру сделать кадр, файл скачивается и на нём делается астрометрия. Следующее нажатие на Enter посылает вторую команду в камеру на съёмку, скачивание и астрометрию. Если режим определения полюса по трём кадрам, то делается и третий кадр.

После этого программа вычисляет направление полярной оси астрографа и необходимые повороты винтов опор.

Вот пример того, что выводится моей программой в терминал:
Screenshot from 2022-12-25 21-15-29.png
1) Запускаю finder3.py.
2) Делается и астрометрируется первый, второй и третий кадр (Image * solved).
3) Решается геометрическая задача определения полярной оси (Axis estimated).
4) Выдается абсолютное отклонение полярной оси от полюса мира (Δ 0° 41′ 44.9″) и отдельно компоненты горизонтальных координат: высота (Δh +0° 41′ 30.5″ ↑) и азимут (Δφ -0° 05′ 52.1″ ←). Стрелочки показывают в какую сторону надо двигать ось. Если отклонение слишком большое, проще повернуть руками астрограф, а не крутить винты.
5) Последний блок текста показывает сколько оборотов и в какую сторону нужно крутить винты (L 0.492 ↺ и F 2.555 ↻). Винты у меня названы так F --- forward, передний, R --- right, правый, L --- left, левый. ↺ --- крутить против часовой стрелки, ↻ --- крутить по часовой стрелке.

Пункт 2 выполняется секунд 10-20 на каждый кадр (без учёта выдержки), пункты 3-5 выполняются меньше одной секунды.
Ответить

Вернуться в «Обзоры оборудования»