Un Télescope Dobson Ultra Léger de 61 cm à f/4

Par Greg BABCOCK

Traduction de Pierre STROCK et Serge VIEILLARD de juin 2007 avec l’autorisation de l’auteur.

Translation from Pierre STROCK and Serge VIEILLARD with the agreement of the author.

Traduction de la page du site de Greg BABCOCK à l'adresse : http://synrgistic.com/astro/index.htm

Translation of the original web page from Greg BABCOCK available at : Logo du site de Greg Babcock

Le télescope

 

Titre originale de la page de Greg Babcock

Démonstration de la portabilité

 

La conception et la construction du télescope

Première lumière le 15 juin 2000 à 20h25

C’était presque la première lumière... Le miroir n'était pas encore aluminé et il restait un tas d'ajustements à réaliser sur le tube optique et la base. Le télescope fût officiellement achevé et réglé le 10 août 2000 à 14h00.

Le 61 cm le plus léger du monde ?

Au premier regard, il doit être évident que c'était l’objectif lorsque j'ai conçu ce télescope : Le faire léger et  minimal.

Est-ce que c'est le 61 cm le plus léger du monde ? On me l'a demandé à maintes reprises : Je ne suis pas certain. Toutefois à 48 kg, je suis certain que c'est parmi les plus légers. Il est 13 kg plus léger que le 200 mm construit en 1974 et il collecte neuf fois plus de lumière.

Les débuts

Un jour d'octobre 1999, alors que je rendais visite à Steve SWAYZE et sa société d'optique (SWAYZE Optical) pour échanger des photos d'éclipse de soleil, Steve me demanda si je voulais vendre mon télescope de 46 cm. Je lui ai répondu que je voulais bien lui céder contre un miroir de 61 cm. Un accord de ce type finit par être conclut. J'aimais beaucoup le 46 cm et j'appréhendais de m'en séparer, mais j'étais aussi désireux de franchir un nouveau pas avec une nouvelle conception.

Les critères de conception

Ce télescope n'a pas pris autant de temps à concevoir que le 46 cm. Dès le 46 cm achevé, j'avais commencé à travailler sur de nouvelles conceptions et à jeter des croquis. Les critères de conception furent similaires de ceux du 46 cm.

  1. Je souhaitais de la compacité et de la transportabilité. Il devait se ranger facilement dans mon Ford Explorer et laisser plein de place pour l’attirail de camping.
  2. Il devait être léger et installable par une personne.
  3. Je désirais un montage et un démontage rapide.
  4. Je voulais que les lignes du télescope soient douces, simples et même artistiques.

Le 61 cm est la taille logique après le 46 cm. Il collecte 80% de lumière en plus, mais il reste gérable par une personne car il comporte un miroir mince (41 mm). En plus les miroirs minces se mettent plus rapidement en température.

La conception d'ensemble: 6 tubes et un petit encombrement

Les critères de conceptions incitaient à utiliser six tubes plutôt que huit. Mais ils incitaient aussi pour un montage des tourillons en dessous (plutôt que sur les côtés) d’une caisse du miroir de type ASTROSYSTEMS en bouleau de la Baltique. Ceci afin de réduire l’encombrement, réduire l’espace entre les tourillons et accroître la robustesse. Le principe des six tubes et le critère de faible encombrement sont parfois contradictoires en ceci que les six tubes ne peuvent pas être beaucoup écartées sur une petite embase carrée. Ce problème est résolu en pivotant les quatre tubes arrières sur leur points de raccordement à la cage du secondaire de manière à les écarter plus. Les tubes de l’avant sont montés sur la barre transversale entre les tourillons et au plus proche de ceux-ci. Un renfort sous la barre transversale des tourillons transfère la charge des tubes de l’avant vers le bas des tourillons et vers là où sont montés les tubes latéraux. Ce n’est pas parfait, mais cela semble être l’optimum. Les autres configurations analysées ne semblent pas avoir une aussi bonne capacité de levier, ou interfèrent avec le passage de la lumière, ou obligent à placer les tubes de l’avant au centre -plus faible- de la barre transversale.

Une autre possibilité consistait à monter les tubes de l’avant aux bouts des tourillons. La barre transversale pouvait être installée au sommet ou au bout des tourillons. Les tubes latéraux pouvaient alors tout aussi bien être montés au même endroit. J’aimais bien l’allure générale, mais j’étais préoccupé que ce principe puisse créer des efforts sur une partie faible des tourillons, et puisse potentiellement induire des flexions lors de l’inclinaison du télescope.

La finalité de la barre transversale placée au milieu des tourillons avec des renforts entre elle et la caisse du miroir est de prévenir les catastrophes. Quand le télescope est incliné à l’horizontal, on peut constater que ce sont les deux tourillons de 18 mm qui supportent des 33 kg du miroir et de la caisse. Et il y a beaucoup de vide entre eux et le chariot, parfois désigné comme support souple (ou flex rocker).

Les six tubes permettent à la caisse du miroir d’être coupé en forme assez ronde à l’arrière du télescope. Ceci réduits les masses. En plus des larges ouvertures pratiquées dans la cage du miroir, des trous ont aussi été percés dans les pièces triangulaires du barillet afin de réduire la masse et d’améliorer la ventilation. Pour rigidifier la caisse du miroir, un bandeau de 454 g en aluminium de 3 mm est vissé sur le périmètre de la caisse. En plus, deux équerres en aluminium (NDT : « équerres » ou « tirant d’angle ») sont attachés sous la caisse.

Six tubes procurent trois bons points de contact sur la cage (du secondaire) et du fait qu’il n’y en a que six -et pas huit- cela aide à monter le télescope plus rapidement. La rapidité de montage est encore améliorée par les jointures deux à deux des extrémités des tubes qui procurent seulement trois points de fixation sur la cage (du secondaire).

Les tubes

Les tubes d’allure frêle font 19 mm de diamètre pour 0,8 mm d’épaisseur de carbone. Ils sont solides et légères (909 g au total). Du fait que je n’en ai pas trouvé de plus de 183 cm, des extensions en aluminium ont été raboutées aux tubes de l’arrière. Les tubes sont attachés à des équerres d’aluminium de 6 mm d’épaisseur. Elles sont fixées au télescope avec des vis à bouton. Une contre pièce à insert fileté guide les tubes en position. Ceci est très pratique car la cage peut être mise au sommet des tubes et y rester le temps que je fasse le tour des vis pour les serrer toutes. Les vis à bouton sont des produits sur mesure fabriqués à partir de boulons à tête hexagonale si bien qu’elles peuvent être serrées sur la cage secondaire et la caisse du miroir avec une clef. Ceci est très important pour réduire les vibrations.

Les matériaux des tubes proviennent d'Aerospace Composite Products.

Les boutons de fixation de la structure

Photo montrant les boutons de fixation

Les tourillons

Le télescope a été conçu avec un logiciel de CAO assez simple et les rayons de 457 mm sont les plus petits possibles pour conserver le débattement nécessaire pour incliner le télescope jusqu’à l’horizon. Bien évidemment le centre de gravité calculé est un des éléments du choix du rayon de 457 mm. Les tourillons sont recouverts d’aluminium anodisé de 3 mm d’épaisseur.

Les tourillons

Photo des tourillons

La base et l’axe de rotation en azimute

La base ressemble à un plateau tournant (NDT : modèle américain installé sur les tables pour faire tourner les plats). L’anneau de base fait 50 mm d’épaisseur et 813 mm de diamètre. Il pèse 9,5 kg. C’est le seul élément pour lequel j’ai pris le taureau par les cornes. Le télescope lui-même évolue sur un chariot ou support souple qui comporte les paliers d’altitude et d’azimute. La rotation en azimute est réalisée avec quatre patins de glissement de 25 mm de diamètre de type « déplacement de meuble » placés sous les paliers d’altitude. Ils ont été choisis après expérimentation de divers matériaux dont des paliers à billes qui pliaient régulièrement.

Les paliers d’altitude sont posés sur quatre roulements suiveurs de came (NDT : Type de roulement à aiguille pour doigt suiveur de came) de 19 mm placées dans des logements d’aluminium. Ils ont été choisis pour leur douceur au cas où le télescope soit motorisé. Par ailleurs, pour fournir de la friction aux paliers d’altitude, des cales de feutre sont placées sur le support souple, entre les paliers et le support. En plaçant les cames assez proches l’un de l’autre, le télescope peut s’incliner à l’horizontal sans pour autant nécessiter de grands tourillons. Cela implique que le véhicule de transport du télescope peut avoir une hauteur intérieure assez petite (559 mm). Cela implique aussi que des tourillons plus petits seront plus fermes.

Le poids du télescope est transféré aux paliers et aux patins de glissements et à la base robuste. Il n’y a pas d’axe central (sans moyeux) pour donner plus de débattement au miroir pour s’incliner autour de l’axe d’altitude. Cela permet à la face du miroir d’être placée juste à 254 mm au dessus du sol. Le chariot tourne autour de neuf roulements à billes qui le maintiennent en place (NDT : C’est peut-être le chariot qui est verrouillé à la base) (Voir les évolutions de la conception).

La base

Photo de la base et des paliers à cames

La cage et l’araignée

L’araignée est en forme de pyramide pour qu’elle contribue pleinement à la longueur du tube optique. Cela me permet de mettre le porte oculaire au dessus de l’anneau, et cela permet de poser directement cette cage sur la caisse du miroir pour les transports. Une bande d’aluminium est enroulée autour de l’anneau de la cage pour donner de la rigidité et pour apporter 229 g de masse d’équilibrage. Une deuxième bande d’aluminium est enroulée sur l’intérieur de la cage sur l’espace où repose le porte oculaire pour ajouter de la rigidité où c’est nécessaire.

La diffraction était un souci en ce sens que les trois branches devaient faire 64 mm (chacune) de haut et pouvaient créer six aigrettes de diffraction. Mais même comme cela les aigrettes ne sont pas aussi lumineuses que les quatre aigrettes d’une araignée à quatre branches. Un matériau composite a été choisi pour sa robustesse et ses propriétés thermiques afin de réduire la diffraction.

Le porte oculaire est un modèle JMI motorisé. Le bafflage de ce télescope est actuellement limité à un baffle dans le porte oculaire. Il est fait d’un carré de Kydex de 114 mm avec un trou de 38 mm percé au centre. Du papier floqué recouvre l’intérieur. On ne le voit pas sur la photo, mais une pièce de plastique de fond peut être attachée par des clips. Elle protège de la lumière à l’arrière du secondaire.

La cage et l'araignée

La photo montre la cage posée sur la caisse du miroir. L’araignée est assemblée par boulonnage des branches de carbone sur les branches courtes en aluminium du support du secondaire. Du Sorbothane est placé en sandwiche entre le carbone et l’aluminium. Les branches sont raccordées à des poteaux sur l’anneau de la même manière. Les petits supports sur l’anneau (en haut de la photo) permettent d’accrocher le baffle de fond. Le baffle s’enfile dessus.

On observe deux des trois boutons des vis de réglage de l’araignée. L’axe de l’araignée est contraint par ressort avec un écrou à bouton sur le dessus permettant de régler la tension.

La photo montre la protection du miroir, faite en plexiglas poli, qui couvre le miroir.

La photo en haut à droite montre le baffle du porte oculaire.

Portabilité et assemblage

La masse totale du télescope est approximativement de 47 kg. La part la plus lourde est la caisse du miroir. Elle pèse 33 kg. La cage du secondaire pèse 3,6 kg. Elle est partiellement manipulable par une personne... cette personne étant moi. Le télescope peut être assemblé par une personne en approximativement cinq minutes à partir du moment où vous ouvrez le coffre du véhicule pour commencer le déchargement du télescope. Un escabeau n'est pas nécessaire pour installer la cage sur les tubes, mais c'est recommandé. Lorsqu'il pointe au zénith, le télescope mesure 249 cm et le centre de l'oculaire est à 221 cm.

Pour l'objectif de la stabilité, le télescope lourd et gros semble préférable au télescope ultra léger. Mais si le télescope lourd implique des masses qui freinent les vibrations, il implique aussi des surfaces qui prennent le vent. Alors, y a-t-il un réel gain de stabilité? Pour moi, si le télescope est gros et peu pratique, il n'est pas utilisé. C'est ce qui a motivé ma conception. On dit que plus le télescope est petit est plus il est utilisé. C'est certainement le cas pour moi puisque ma lunette Televue 85 est plus souvent sortie tandis que le 61 cm reste démonté et rangé. L'idée de l'hyper léger et de la portabilité est de réduire cet écart.

Ce télescope occupe une très petite portion du volume de rangement de mon Ford Explorer. Il reste assez de place pour un passager, un auvent de 14 mètres carrés, des tables, chaises, sacs de couchage et assez de provisions pour une semaine. Je garde 360 degrés de visibilité par les vitres car la cargaison ne gène pas la visibilité. C'est ce que permet la conception minimaliste. J'admire l'amateur français Vincent LE GUERN qui a construit son 760 mm si compacte qu'il rentre dans son petit haillon arrière. Son télescope épouse toute la place autour de lui et n’en laisse pas pour autre chose (NDT : traduction incertaine !). Les autres télescopes dont je me suis inspirés et qui ont influencé ma conception ont été construits par Mel BARTELS, Dan GRAY et Bruce SAYRE.

Les plans ?

C'est la question la plus fréquente. Désolé, il n'y a pas de plan, disons, disponibles. Les plans originaux ont été dessinés avec un outil de CAO. Ces plans ont été imprimés puis altérés en utilisant un ancien dispositif nommé le crayon. En vérité, la conception est assez simple une fois que vous avez les dimensions extérieures.

Les évolutions de la conception

La base et le pallier d'azimute

26 mars 2005 – J’ai retiré environ 25 mm au rayon intérieur de la base. C'est une partie de la reprise du palier d'azimute qui inclut le retrait des roulements à billes encrassées (NDT : Littéralement « pâteux comme du fromage ») autour desquels tourne le chariot (ou flex rocker). Les roulements ont été remplacés par des roulements suiveurs de came qui maintenant tourne à l'extérieur de la base.

Le flex rocker

La base modifiée... Comparez à la photo précédente.

Les nouveaux baffles à lumière et buée

En juin 2004, un nouveau baffle à lumière et un nouveau masque à buée ont été installés. Le principe en était basé sur l'expérience acquise lors de la Star Partie du Mont Bachelor de 2002.

La buée, qui gèle en givre, se forme seulement sur un bord du secondaire. Une branche de l'araignée procure apparemment une protection. Un pare buée a été ajouté à la cage pour fournir une protection au reste du secondaire.

Tandis que le primaire reste libre de toute buée, le poids du givre induit une flexion du pare buée sur les tubes et gène le passage de la lumière. Le nouveau est plus petit et plus rigide et il est couvert de papier floqué.

Le baffle à lumière sur l'araignée est aussi nouveau. Il est attaché en permanence à la cage de telle manière qu'il ne fait plus partie de ce qu'il faut monter. Il est plus petit et découpé selon le profil des branches qui font déjà écran et de la caisse du primaire pour le rangement. Un écran supplémentaire peut être fixé par Velcro sur la partie basse du baffle si nécessaire.

Avant...

Le givre à la star partie du mont Bachelor

Le matin d'après à la Star Partie du Mont Bachelor. Notez que le primaire est resté sec, mais

le poids du givre provoque la flexion du baffle sur les tubes, bloquant une partie de la lumière.

Les branches de l'araignée protègent la plus grande part du miroir secondaire.

Noter ci-dessous, l'addition d'un pare buée pour le secondaire.

Après...

Les bafles montés

Les bafles rangés

Les nouveaux écrans...

la première photo montre les nouvelles protections de la cage et du miroir primaire.

La deuxième figure montre la nouvelle protection rectangulaire du miroir secondaire.

La lunette Televue 85mm comme chercheur

23 juillet 2004

La lunette Televue de 85 mm (TV85) est devenue la compagne régulière du 61 cm. Elle est utilisée comme chercheur indépendant. Elle est équipée avec un chercheur point rouge identique à celui du 61 cm. J'ai expérimenté cela pendant un an avant d'utiliser la lunette Televue de 76 mm. La 85 mm est devenue le chercheur officiel lors de la Star Partie du 23 juillet 2004 du Mont Saint Helens.

Cela marche extrêmement bien. La plupart des objets observés peuvent être vu -à un certain point- dans la 85 mm. L'oculaire de base utilisé est le 20 mm Pentax XW nouvellement acheté. Il grossit 30 fois et procure un champ de 2,3 degrés. C'est environ 6,5 fois plus de ciel que sur le 61 cm avec le 26 mm Nagler. C'est assez grossissant pour voir les plus petits objets. Le 26 mm peut aussi être utilisé sur la TV85. Il donne un champ de 3,6 degrés. C'est assez de champ pour voir les dentelles du Cygne en entier. Un Plossl grossissant 19 fois avec approximativement 2,8 degrés peut aussi être utilisé si je ne souhaite pas partager l'oculaire du 61 cm avec elle.

La nuit de la Star Partie de Saint Helens, la TV85 faisait office de deuxième télescope grand champ. Elle fût utilisée pour voir la nouvelle Lune, la galaxie d'Andromède, les dentelles du Cygne et divers amas ouverts.

Les présentations publiques

En commençant par les plus récentes:

25 février 2004 - J'étais animateur invité à la sortie des amis de l'astronome Galilée du club du sud ouest de Washington à Longview, Société astronomique de Washington.

La présentation à la star partie de l'Orégon

18 août 2001 - Présentation extérieure à la Star Partie de l'Oregon.

16-18 août 2001 - Observation commune avec le « groupe de camping des étoiles » de la Star Partie de l'Oregon.

Avril 2001 - Présenté à l'atelier d'optique pour télescope à Belligham, état de Washington.

Démonstration de portabilité dans le coffre de l'Honda Accord de Dave Dansky.

15 janvier 2001 – Aux rencontres « journée du matériel astronomique » de la ville de Rose.

La publication d'Amateur Astronomy

La publication n° 28 (Hiver 2000) du magazine des astronomes amateur.

2 septembre 2000 - À la présentation annulée de la Star Partie de l'Oregon.

19 août 2000 - À l'association des astronomes du nord-ouest.

Les oculaires et les performances théoriques

Les oculaires

Oculaires Focale Champ apparent Grossissement Champ stellaire Pupille de sortie Grossissement par pouce d'ouverture
Nagler V 26mm 82° 93x 0,88° 6,5mm 3,9
Pentax XW 20mm 70° 122x 0,58° 5,0mm 5,1
Pentax XW 14mm 70° 174x 0,40° 3,5mm 7,3
Pentax XW 10mm 70° 243x 0,29° 2,5mm 10,1
Pentax XW 7mm 70° 347x 0,20° 1,75mm 14,5

Les performances théoriques

Ouverture 24 pouces ou 610 mm
Focale 2430 mm ou f/4,0
Capacité de collecte 7534 fois l'œil humain
Magnitude limite 17,3 pour les étoiles les plus faibles
Limite de DAWES 0,2 seconde d'arc de résolution
Limite pratique 0,3 seconde d'arc de résolution

D’où sont venues les idées

(NDT: Paragraphe issus d'une autre page du site de Greg Babcock mais traitant du même sujet.)

Dan GRAY me crédite de l’idée originale des grands tourillons. Merci Dan, mais ce n’est pas moi. Scott BEARD de TACOMA (état de Washington) a refait un Télescope de COULTER de 445 mm en utilisant de grands tourillons. J’ai vu ce concept à la Star Partie de Table Moutain en 1997. Cela m’a inspiré pour le 46 cm. Et j’ai fait le 61 cm deux ans plus tard. C’est la présentation du 38 cm du Canadien Michael TAYLOR dans la parution de juin 1979 de Sky & Telescope qui a fait naître mon intérêt pour les structures minimalistes. Le 50 cm de Mel BARTELS n’a fait que croître cet intérêt.

Le télescope de Beard et les miens

Le 445 mm Dobson de Scott BREAD - - Le 46 cm F/4,6 - - Le 61 cm F/4

Après avoir construit le 46 cm et juste avant de commencer le 61 cm, j’ai dessiné quelques idées de structures. Le 635 mm était basé sur un miroir taillé par Mel BARTELS et disponible. Notez que celui-là comme le 762 mm était conçu avec un chemin optique replié tel que réalisé par Dan GREY sur son 711 mm.

N’est pas figuré un projet écourté de un mètre. Il était prévu d’utiliser ma table basse à café de un mètre de diamètre sur 19 mm d’épaisseur. Lui aussi aurait eu un chemin optique replié. Le projet a capoté du fait de la difficulté de produire et de supporter le miroir du fait de la taille énorme du télescope. Il avait été conçu pour voyager dans une remorque à outil de taille moyenne.

Quelques dessins de conception

Le 762 mm F/3,75 replié - - Le 635 mm f/6,3 replié - - Le 61 cm f/4 avec 8 tubes