Motor de telescopio e ingeniería inversa

Uno de los mini-proyectos personales que tengo pendientes es la realización de fotografía astronómica en piggy-back con la Canon 350D y el Lidlscope utilizando la webcam para hacer autoguiado. Ya lo he intentado con guiado manual anteriormente y con buenos resultados, pero es demasiado laborioso para mi gusto.

Mi primer problema es que no tengo motor de seguimiento en el Lidlscope. Podría comprar uno, podría utilizar uno prestado de la asociación astronómica o podría construir uno. La primera opción no me satisface, ya que el precio del motor, aunque bastante barato, es superior al del telescopio. La segunda opción está bien para hacer alguna prueba, pero no como solución permanente. La última me convence más, siempre pueda hacerlo por poco dinero. Y creo que puedo, porque tengo algunos motores paso a paso de viejas impresoras y algunas cajas reductoras que podrían servir. También creo tener casi todos los componentes electrónicos necesarios.

Aunque la electrónica de control de un motor paso a paso no tiene mucho misterio, he optado por investigar primero cómo funciona el driver del motor original. Para ello pedí uno prestado en la asociación durante unos días, lo desmonté y extraje su esquema con pelos y señales.

Aquí hay una foto del motor y su driver:


Aviso: a partir de aquí todo es jerga electrónica. Para los que os interese el tema, podéis encontrar una excelente introducción a los motores paso a paso aquí: Jones on stepping motors.


La conclusión después de todo es que no hay nada especial en el aparato. Es un driver de motor paso a paso bipolar de lo más convencional. Un microcontrolador AT89C2051 lo maneja todo. La activación de las bobinas del motor se hace con transistores PNP y NPN discretos. El comparador analógico interno que tiene el microcontrolador se usa para detectar cuando la batería está baja de carga.

El firmware tampoco debe tener ningún misterio. Controla el motor en pasos completos, con un paso cada 20.89 milisegundos. No hay ningún tipo de circuito de control de corriente, ni de desconexión de las bobinas para ahorrar batería, ni nada por el estilo. Aquí está el esquema completo. Coninua...

Reportaje de la TPA sobre observatorios en Asturias

Aquí está el reportaje sobre observatorios astronómicos en Asturias, que se emitió por la TPA el sábado pasado durante los informativos.

En primer lugar habla Jose Ramón Vidal, presentado el observatorio de la asociación astronómica Omega en el Monte Deva y su reciente descubrimiento de un estallido en el cometa 46P Wirtanen. Después aparece el observatorio de Faustino García, quien era presidente de Omega cuando yo me hice socio, hace ya unos cuantos años. Y por último salgo yo, con mi observatorio a medio reformar.


La calidad del vídeo no es demasiado buena porque no tuve más remedio que grabarlo en una vieja cinta VHS para después digitalizarlo. La captura desde la tarjeta de televisión, después de probar otras herramientas, la hice con mencoder. Coninua...

Desde el jardín

Hace unas semanas me compré una antena de más potencia para el router WiFi y eso me permite estar ahora escribiendo esto con el portátil desde el jardín, mientras anochece. Aprovecho que hoy no llueve para estar un poco al aire libre. Pero aunque no llueva hay nubes, así que hoy tampoco toca noche de observación con el telescopio.

Hablando del telescopio, el sábado se emitió la pequeña entrevista que me hicieron para los informativos de la TPA. Más tarde intentaré digitalizar el vídeo (no tuve más remedio que grabarlo en VHS) y quizá mañana lo suba a Youtube. No todos los días sale uno en la tele, así que es una buena ocasión para estrenar cuenta.

En cualquier caso lo mejor de todo este asunto de la televisión es que me ha dado nuevo impulso para continuar los trabajos en el observatorio. Hace un tiempo comencé a reformarlo. Cubrí el interior con planchas de yeso, lo pinté, le puse zócalos de aluminio y un suelo de vinilo. Quedaba mucho más que hacer para dejarlo operativo de nuevo, pero me puse con otros asuntos y así se quedó. Pero la semana pasada, pensando en que el observatorio debía estar presentable para salir en la tele, me puse de nuevo manos a la obra.

Lo primero fue hacer un soporte para colocar el telescopio sobre la columna central. Es un círculo de madera con tres listones de refuerzo que coinciden debajo de cada una de las patas de la montura Dobson. A pesar de su sencillez (o quizá gracias a ella) es muy robusto. La montura va simplemente posada encima, lo que hace que el telescopio siga siendo portátil. Un día sacaré una foto y la subiré. Gracias a la ayuda de mi padre (de quien heredé mi afición por las herramientas) pude tenerlo listo a tiempo.

Este sábado, y ya sin ningún plazo límite por delante, hice una mesa de madera con un lado curvo para adaptarse a la pared interior.


Y por último, el domingo estuve reparando el mecanismo de deslizamiento de la compuerta principal. Todavía queda mucho trabajo, pero no tengo prisa. Después de todo, es relajante hacer algo de trabajo manual después de toda una semana de intensivo trabajo mental.
Coninua...

Mi observatorio en la tele

Hoy me han llamado de la televisión autonómica Asturiana (TPA) para decirme que están preparando un pequeño reportaje sobre observatorios astronómicos en Asturias y quieren grabar el mío. Les va a quedar un reportaje muy corto porque en toda la región no debe haber más de cuatro observatorios, que yo sepa. Sé de más gente que se ha planteado construir uno, o que incluso lo está diseñando, pero nada más. El clima de la zona no es muy propicio para esta afición.

Han quedado en venir el viernes por la tarde a grabar, aunque quizá haya que cambiar la cita debido al mal tiempo. No creo que puedan grabar más que el exterior, porque dentro ya no tengo telescopio. Y sin telescopio no hay mucho que ver. Esta situación será sólo temporal, hasta que haga un soporte para colocar el dobsoniano sobre la columna central. Pero antes de hacer eso tengo que arreglar más cosas en el observatorio, cosas que llevarán tiempo.

En realidad, el observatorio ha estado casi en una obra continua desde que lo construí hace 11 años. Cada cierto tiempo se me ocurre algo que mejorar. Pero es normal, teniendo en cuenta que fue diseñado en una época en la que no disponía de Internet ni de libros especializados por los que guiarme.

Cuando vengan "los de la tele" les preguntaré si pueden pasarme una copia del vídeo. Si es así intentaré subir una copia (si me dan permiso, por supuesto) a Youtube y enlazarla desde este blog. Coninua...

El telescopio terminado

La saga de la construcción del telescopio se acaba con esta entrada. Ya era hora. No es que me haya puesto a trabajar en él como loco desde la entrada que publiqué el miércoles. En realidad todas las fotos están tomadas desde hace unos cuantos días, pero lo he ido dejando y dejando...

Aquí se puede ver el aspecto final. El tubo de PVC está recubierto con dos láminas de plástico adhesivo negro (Aironfix) para darle un aspecto más elegante. El interior está pintado con spray negro mate, para evitar reflejos molestos. Le he puesto también un asa en la parte superior del cradle para hacer más cómodo su desplazamiento.



Aquí una vista frontal en la que se aprecia el anillo de madera delantero, la araña del espejo secundario y el espejo primario, al fondo. Se puede apreciar una marca en forma de anillo en el centro del primario. La he puesto para facilitar la colimación de la óptica mediante láser.



Por último, una fotografía del buscador y el portaoculares. Ambos estaban ya en mi anterior telescopio, al igual que los espejos y la araña del secundario. Hace once años compré el conjunto de elementos ópticos a Optics Pedret. He tenido que repintar completamente el buscador y la araña porque el óxido había acabado levantando la pintura. También he enviado los espejos a aluminizar de nuevo. Once son muchos años para un espejo de telescopio.


Todavía no he podido probar el telescopio a fondo. Sólo he hecho unas pocas observaciones sin alejarme de casa, pero ha sido suficiente para comprobar que la montura es realmente robusta. Se puede estar tocando en el portaoculares a máximos aumentos (con un ocular de 4 mm, por ejemplo) sin que se aprecie ni una sola vibración. Cuando tenga la oportunidad me iré con él a algún lugar de cielos oscuros y os contaré.

Coninua...

Más fotos de la construcción del telescopio

Después de más de un mes sin actividad en el blog, aquí va otra tanda de fotos de la construcción del telescopio.

En este par de fotos se ve la forma de la celda del espejo primario. Consiste en un par de discos de madera unidos por tres tornillos, con un muelle de compresión en cada uno. El disco de mayor diámetro va atornillado al tubo y el pequeño soporta el espejo, al que va pegado con silicona.


El asa sirve, como es de suponer, para poder extraer fácilmente la celda del tubo. En el centro de los discos hay un agujero con un ventilador, que sive para acelerar el proceso de equilibrado de la temperatura del espejo y el interior del tubo con el exterior. Aún no he probado la eficacia de este método.

Las siguientes fotografías muestran dos etapas en la construcción del "rocker", la pieza que soporta el eje de altura. El rocker tiene su parte inferior forrada con formica (la segunda foto muestra el momento en el que la estaba pegando, con pegamento de contacto). La formica va apoyada en tres piezas de teflón y pivota alrededor de un eje central (eje de azimut).


En los arcos superiores del "rocker" hay cuatro piezas de teflón sobre las que se apoyan los rodamientos de altura, también forrados de formica. La fricción del teflón sobre formica es un aspecto clave en este diseño. La razón está en que el coeficiente de fricción dinámico es casi igual que el estático, por lo que las piezas deslizan suavemente, sin apenas tirón inicial.

Por último muestro un par de detalles del acabado de la formica, una vez pegada y lijados los cantos, y de una de las piezas de teflón del eje de altura.


Como ya he comentado en una entrada anterior, no pretendo dar una explicación detallada ni hacer una guía fotográfica de la construcción del telescopio. Para eso ya hay buenos libros y páginas web. Así que me dejaré de explicaciones y en el próximo post mostraré ya las fotos del telescopio terminado. Esta vez no tardaré tanto en publicar. Prometido.

Coninua...

Primeras fotos de la construcción del telescopio

Aquí van unas pocas fotografías de la construcción del telescopio. No tengo mucho tiempo para es escribir, así que las explicaciones serán breves.

En las fotos de más abajo se puede ver el proceso que utilicé para cortar las piezas. Todas fueron cortadas con una fresadora para madera que se puede comprar por menos de 40 euros. La herramienta viene con un accesorio que permite cortar círculos a modo de compás, pero primero es necesario hacer un taladro central en la pieza a cortar.

Para rectificar las dimensiones de las piezas rectangulares monté la fresadora en la parte inferior de un tablero de aglomerado mediante una pieza de aluminio. La fresadora no viene preparada para ser montada de esta forma, así que tuve que hacer las piezas artesanalmente. Un perfil de aluminio grueso me sirvió como guía para deslizar las maderas durante el corte. Esto permite dar las dimensiones precisas a todas las piezas.


El tubo óptico está construido a partir de un tubo de PVC de 25 cm de diámetro exterior. El interior está pintado con spray negro para evitar reflexiones al observar cerca de objetos brillantes. Las pinturas no adhieren bien sobre el PVC, pero el interior del tubo está poco expuesto a arañazos, así que la solución es perfectamente válida. El exterior ya es otra historia, que dejaré para otro post.


En esta otra foto muestro la caja que sujeta el tubo (cradle). Las dimensiones tienen que lo suficientemente exactas como para que el tubo quepa por el orificio pero sin quedar flojo. Aunque en la fotografía no se aprecie, hay una tira de fieltro entre la madera y el PVC que ayuda a que el tubo se pueda deslizar o girar sin aplicar demasiada fuerza.


El cradle es una de las partes en las que no seguí las instrucciones del libro de Kriege y Berry. En el libro no existen las tapas laterales con agujeros, sólo las cuatro piezas rectangulares que rodean el tubo. Con las tapas la caja es más difícil de construir, pero el conjunto queda más compacto y se evitan espacios inaccesibles que pueden acabar llenándose de polvo.

En el siguiente post mostraré la construcción de la parte inferior de la montura (rocker).
Coninua...

Avances en la construcción del telescopio

A pesar de que ya tengo el telescopio prácticamente terminado aún no he publicado nada acerca de los pasos de su construcción. He sacado unas cuantas fotos durante el montaje pero, siguiendo a rajatabla las normas de la procastrinación, lo he dejado todo para última hora.

No pretendo explicar cómo construir un telescopio, ya que ya hay mucha información en la web y, sobre todo, existen muy buenos libros al respecto. Concretamente, yo me he guiado por el libro de Kriege y Berry "The Dobsonian Telescope: A Practical Manual for Building Large Aperture Telescopes", que sería bastante difícil de conseguir en España si no existiese Internet. La mayor parte del libro está dedicada a la construcción de dobsonianos de gran apertura (por encima de los 40 centímetros de apertura), pero tiene un capítulo dedicado a telescopios "pequeños". Puede sorprender que un telescopio de 20 centímetros de apertura pueda ser considerado pequeño, pero claro, todo depende de con qué se compare.

Antes de ponerse manos a la obra con un proyecto de estas características hay que tener muy claro lo que se va a hacer y cómo se va a hacer. Para ello es importante hacer algunos planos e imaginar paso a paso las etapas de su construcción. Las herramientas de diseño asistido por ordenador pueden ser una gran ayuda en esta fase. Yo hice algunos bocetos del telescopio utilizando Google SketchUp, un programa muy sencillo de utilizar y a la vez muy potente.




Observando el diseño desde distintos ángulos y midiendo piezas se hace uno una buena idea de qué elementos hay que construir primero para que sus dimensiones sirvan como referencia a los siguientes. Como bien indica el libro, lo primero es el tubo óptico. Es necesario tener montados en su lugar los espejos, el buscador y el portaoculares para saber cual es el centro de masas del tubo. Esto determinará la posición del eje de altura, sobre el que el telescopio debe poder balancearse en equilibrio, sin caer hacia ninguno de los lados. La distancia desde el centro de equilibrio del tubo hasta su parte posterior determinará las dimensiones de las piezas de la montura.

Por suerte yo ya tenía el tubo óptico de mi primer telescopio montado, por lo que obtener la medida aproximada del punto de equilibrio fue cosa fácil. Calculé las dimensiones del modelo en función de ello, con un pequeño coeficiente de seguridad, y acoté las distintas piezas de madera. Algunas de ellas son de contrachapado de 15 mm de espesor y otras son de 20 mm. El libro recomienda utilizar contrachapado de abedul finlandés ("baltic birch"), pero debido a su precio y a lo difícil que resulta conseguirlo, decidí hacerlo todo en contrachapado corriente. Si el resultado no es bueno, al menos no habré gastado mucho dinero.

Estas son las piezas que hay que recortar en contrachapado de 15 mm (ya sabes, pincha para agrandar):


Las piezas de 20 mm me dieron más guerra, porque no encontré lugares donde corten tableros a medida en ese espesor. Como no tenía ganas de comprarme un tablero completo, opté por comprar las piezas en 10 mm y por duplicado para después encolarlas. Las medidas son las siguientes:


Es importante tener en cuenta que los cortes que hace el vendedor nunca tienen la precisión que uno necesita, por lo que todas las piezas deben encargarse con unos milímetros adicionales para después rebajarlas hasta la medida exacta. También hay que tener en cuenta que, por supuesto, en ningún sitio venden madera cortada en forma de círculo. El próximo día escribiré sobre cómo cortar y rectificar las piezas.
Coninua...

El diseño de John Dobson

Continúo desarrollando el tema de los telescopios que empecé en la entrada anterior, y que (aviso para los que les aburra: sois libres de leer otra cosa) me dará para bastantes más. De todos modos, intentaré intercalar de vez en cuando algo diferente para no hacer del blog algo monotemático.

No es mi primera vez en este asunto de la construcción de telescopios. El primero lo construí hace 11 años. Después de un tiempo rediseñé por completo la parte mecánica (montura) para poder situarlo en un observatorio de cúpula, también de cosecha propia. En ambos casos la montura era un artefacto de metal de construcción bastante compleja, y esa complejidad, unida a la falta de herramientas adecuadas, hacía que los instrumentos adolecieran de algunos defectos. Esta vez voy a probar algo diferente. Voy a ir a lo más sencillo, pero también a lo más seguro.

Antes de nada, voy a definir algunos términos. La montura es la parte mecánica que soporta el tubo óptico de un telescopio y es la que permite que éste pueda dirigirse hacia el punto que se desea observar. Una montura altazimutal es la que tiene uno de sus ejes vertical y el otro horizontal. Es el sistema de ejes más sencillo, el que todo el mundo se imagina aunque no tenga ni idea de telescopios. Un eje para girar el tubo hacia arriba y hacia abajo (altura) y otro para girarlo hacia derecha e izquierda (azimut). Una montura ecuatorial es la que tiene uno de sus ejes paralelo al eje de rotación de la Tierra, de forma que es posible compensar el movimiento aparente de los astros haciendo girar al telescopio en torno a él a la velocidad de una vuelta cada 24 horas. Este mecanismo de seguimiento es completamente necesario si se desea hacer fotografía astronómica.

Fue a principios de los 60 cuando un monje hinduista retirado llamado John Lowry Dobson comenzó a construir telescopios reflectores de tipo Newton con un diseño altazimutal que acabaría revolucionando la astronomía amateur. La mayor parte de sus compañeros de afición en aquella época estaban convencidos de que la única forma de construir un telescopio casero de calidad era utilizando caras herramientas de precisión para trabajar metal. Las únicas monturas "serias" eran las ecuatoriales. Eran las únicas que permitían mantener el objeto observado en el ocular durante largos períodos de tiempo, utilizando un motor y engranajes. Y tenían su parte de razón. Pero el diseño de Dobson tenía la enorme ventaja de que no necesitaba herramientas ni materiales caros. Se podía construir una montura muy robusta utilizando poco más que unas tablas de madera y en pocos días de trabajo.


El diseño de Dobson fue perfeccionado por otros, como Richard Berry o Ivar Hamberg, hasta llegar a constituir una obra maestra de la ingeniería, manteniendo el espíritu inicial de sencillez y "baja tecnología". A pesar de su aspecto simplón, cada detalle de una buena montura Dobson está ideado para lograr la máxima robustez y la suavidad de movimiento. La evolución de este diseño ha permitido a los astrónomos aficionados acceder a aperturas cada vez mayores.


En los últimos años una nueva revolución, la digital, ha permitido dotar a los telescopios de tipo Dobson, y a cualquier tipo de montura altazimutal, de sistemas de seguimiento con las mismas prestaciones que los de las monturas ecuatoriales. La automatización necesaria para lograr esto es mucho más compleja, pero eso no es problema, debido al abaratamiento de los componentes electrónicos y a la producción en masa.

Para realizar el seguimiento de un objeto con una montura altazimutal ambos ejes tienen que estar motorizados, sea con motores paso a paso o con servomotores. El sistema de control debe realizar varias veces por segundo la trasformación de coordenadas celestes ecuatoriales a altazimutales, teniendo en cuenta la localización geográfica del telescopio y la fecha y hora actuales. Pero es un desperdicio hacer que el circuito haga sólamente eso, por lo que este tipo de sistemas de guiado tienen siempre muchas más capacidades, hasta el punto de poder convertir el telescopio en un completo sistema automatizado. Un buen ejemplo de este tipo de sistemas es el creado por Mel Bartels, especialmente concebido para su uso en telescopios Dobson, aunque no únicamente.

La conclusión a la que he llegado, como muchos otros antes que yo, es que cada vez hay menos razones para utilizar monturas ecuatoriales. Los grandes observatorios modernos usan invariablemente monturas altazimutales, y por algo será. Espero no tener que cambiar de idea tras acabar de construir el nuevo telescopio
Coninua...

Construyendo un telescopio

Estos días estoy dedicando mi poco tiempo libre a construir un telescopio. Como tengo el blog un poco abandonado he decidido escribir sobre ello e ir comentando aquí mis avances. Hoy explicaré cómo funciona la óptica.

La inmensa mayoría de los telescopios construidos por aficionados son de tipo newtoniano, llamados así, claro está, porque su inventor fue Sir Isaac Newton. A su vez, los telescopios newtonianos son un tipo de telescopios reflectores, lo que quiere decir que su funcionamiento se basa en la reflexión de la luz por medio de espejos, no en la refracción por medio de lentes como es el caso de los telescopios refractores.

Los telescopios reflectores tienen ciertas ventajas: permiten disponer de mayores aperturas (diámetro del objetivo, que al final es lo que más importa) a igualdad de precio, no presentan aberración cromática, no necesitan tubos demasiado largos en comparación con su diámetro... y algunas más. En grandes aperturas, no hay rival para los reflectores. Es curioso que el telescopio refractor (el típico catalejo) siga siendo la imagen que a la gente le viene a la cabeza cuando oyen la palabra "telescopio". Prácticamente todos los grandes telescopios del mundo, incluyendo el Hubble, son reflectores.

En el diagrama siguiente se ve el funcionamiento de un telescopio de tipo Newton.



La luz que viene de un objeto muy lejano (esto es otra forma de decir que sus rayos de luz son paralelos) entra por el extremo abierto del tubo y atraviesa éste hasta el espejo primario. Este espejo es la pieza más importante de todo el telescopio, y la más cara. Su superficie en forma de paraboloide de revolución hace que la luz se concentre en un punto, el punto focal. La distancia entre el centro del espejo y ese punto se llama distancia focal, y al diámetro del espejo se le llama apertura.
Pero de nada sirve concentrar la luz en un punto que se encuentra en medio del camino visual. Hay que desviar la luz hacia otro sitio. Para eso necesitamos otro espejo, llamado secundario, que se encuentra centrado en el extremo abierto del tubo, es plano y está inclinado 45 grados respecto al eje del tubo. Unas chapas metálicas forman la llamada araña, que sustenta el espejo secundario en su posición sin interrumpir apenas el camino de la luz. El punto focal se encuentra entonces a un lado del tubo y fuera de él. Ahí es donde se topa con el ocular, que es un conjunto de lentes que permite que la imagen se forme en nuestro ojo. El ocular se puede intercambiar, con lo lo que lograremos más o menos aumentos de una misma imagen.

Todo el mundo se hace la misma pregunta cuando empieza a comprender el diseño de un telescopio reflector: ¿No tapa el espejo secundario parte del campo visual del telescopio? ¿cómo es entonces que no se ve un círculo negro en medio de la imagen cuando uno mira por el ocular?. Pues sí es cierto que el secundario se interpone en el campo visual, pero el único efecto que eso produce es una ligera reducción de la luminosidad de la imagen (menos de un 4%, en mi telescopio). Para entenderlo rápidamente, digamos que la imagen del espejo secundario está tan "desenfocada" que no se ve. Por la misma razón no podemos ver nuestras propias pestañas. La explicación está en la geometría, pero no voy a explicar más, que ya me estoy enrollando más de lo que pretendía.
Coninua...

Montar una cámara sobre un telescopio

Una de las principales razones por las que he comprado una cámara Canon EOS es para poder realizar astrofotografía de cierta calidad sin tener que desembolsar la fortuna que cuesta una cámara CCD dedicada. Tengo encargada una pieza para adaptar la cámara al ocular del telescopio, pero parece que se retrasa, así que por ahora tengo que contentarme con realizar fotografías con el objetivo de la cámara. Se pueden hacer buenas fotos sin necesidad de otro objetivo. Lo que sí es imprescindible es que las exposiciones sean largas, a ser posible de varios minutos. Para ello es necesario un sistema de guiado, ya que de lo contrario la rotación de la tierra haría que la imagen quede completamente movida.

La forma más sencilla de hacer fotografía astronómica de larga exposición es montar la cámara en paralelo con el tubo de un telescopio. El telescopio guía (mediante un motor, o mediante el ojo y mucha paciencia) mientras la cámara está tomando la fotografía. Necesitamos una pieza que una cámara y telescopio. Algunos tubos de telescopio, especialmente los grandes, ya incluyen un tornillo de sujección para la cámara, pero los pequeños no suelen tenerlo. Concretamente, mi lidlscopio no lo tiene.

En las siguiente secuencia de fotografías muestro el proceso que he seguido para la construcción de un adaptador de este tipo. Quizá su forma sea un poco rebuscada, pero se trataba de hacerlo con lo que tenía a mano. Lo único que he tenido que comprar es el tornillo de sujección para la cámara, que es de rosca americana (Whitworth, 1/4 de pulgada). He utilizado unos perfiles de aluminio, un trozo de poliamida (parte de una tabla de cortar para la cocina), unos recortes de goma de cámara de bicicleta y unas bridas grandes. Creo que las imágenes son bastante explicativas, así que no comentaré el proceso:


Ahora un par de fotos del montaje final sobre el tubo del telescopio:


No es lo más elegante del mundo, pero funciona. Eso sí, hay que tener en cuenta que la cámara pesa bastante y hace falta contrapesar de nuevo el telescopio después de la modificación. Quizá más adelante suba al blog alguna de las fotos que he hecho con este método. Coninua...