隨星而動(dòng)：談望遠(yuǎn)鏡的轉(zhuǎn)儀鐘

望遠(yuǎn)鏡的轉(zhuǎn)儀鐘，是驅(qū)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡以天體周日運(yùn)動(dòng)的速度繞極軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。19世紀(jì)時(shí)，儀器轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力由重錘或發(fā)條給出，儀器速度的恒定也是靠機(jī)械離心調(diào)速來(lái)達(dá)到?，F(xiàn)代的大型望遠(yuǎn)鏡或普及型望遠(yuǎn)鏡一般都采用各式的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過(guò)變速而達(dá)到恒動(dòng)的目的。為了取得一張理想的天體攝影作品，高精度的望遠(yuǎn)鏡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)——轉(zhuǎn)儀鐘是必不可少的。因?yàn)橐粋€(gè)暗弱天體的拍攝往往需要數(shù)分鐘、數(shù)十分鐘乃至幾小時(shí)的跟蹤，還要考慮極軸調(diào)整誤差、蒙氣差等因素，另外對(duì)赤經(jīng)和赤緯的微調(diào)也有較高的要求。如果是較高級(jí)的天文望遠(yuǎn)鏡，還包括赤經(jīng)和赤緯的快動(dòng)、慢動(dòng)及微動(dòng)。

望遠(yuǎn)鏡的赤經(jīng)傳動(dòng)和赤緯傳動(dòng)指標(biāo)一般是：

在普及型望遠(yuǎn)鏡中，為了簡(jiǎn)化電控系統(tǒng)，廠家常常把電動(dòng)快動(dòng)設(shè)計(jì)成200′／min～450′／min。這樣的設(shè)計(jì)往往被用于步進(jìn)電機(jī)單電機(jī)的驅(qū)動(dòng)中。

望遠(yuǎn)鏡的跟蹤精度一般取決于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)精度以及末級(jí)蝸輪體(或齒輪體)的精度。對(duì)于普及型望遠(yuǎn)鏡，蝸輪直徑的大小是關(guān)鍵。對(duì)于同樣口徑的望遠(yuǎn)鏡，制造商提供的轉(zhuǎn)儀鐘的末級(jí)蝸輪直徑越大，精度往往也就越高。對(duì)于正規(guī)的設(shè)計(jì)，末級(jí)蝸輪的直徑應(yīng)等于或大于望遠(yuǎn)鏡主徑口徑。例如：KP400K反射望遠(yuǎn)鏡其蝸輪直徑是405毫米，而KP200R折射望遠(yuǎn)鏡的末級(jí)蝸輪尺寸是270毫米。必須指出的是，對(duì)于口徑大而蝸輪小的望遠(yuǎn)鏡。一般不適宜拍攝暗弱的天體照片。

在普及型望遠(yuǎn)鏡中，直流電機(jī)、同步電機(jī)以及步進(jìn)電機(jī)為經(jīng)常采用的動(dòng)力源。而在大型望遠(yuǎn)鏡中多采用力矩機(jī)，電控系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜。

下面介紹轉(zhuǎn)儀鐘的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：

直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式

由于小型直流電機(jī)可以直接用干電池及蓄電池作為電源供給，且以十分簡(jiǎn)單的方法就可以達(dá)到速度的改變。所以一般用于許多精度要求不高的小型天文望遠(yuǎn)鏡。另外，市場(chǎng)上很容易買(mǎi)到的錄音機(jī)電機(jī)經(jīng)過(guò)一些處理也能應(yīng)用。此類(lèi)驅(qū)動(dòng)方式總是把快動(dòng)做成手動(dòng)。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)儀鐘僅作為恒動(dòng)，也有做成可電動(dòng)微調(diào)，很方便。但小型直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)隨著轉(zhuǎn)速力矩的改變或電源電壓的波動(dòng)而改變，且用簡(jiǎn)單的電控穩(wěn)速不易，往往使跟蹤精度不高。對(duì)于中型望遠(yuǎn)鏡采用直流電機(jī)作為動(dòng)力源，輸出力矩較大，傳動(dòng)平穩(wěn)。穩(wěn)速線(xiàn)路采用測(cè)速發(fā)電機(jī)或光柵編碼器等作為反饋元件來(lái)穩(wěn)速，再加上直流電機(jī)較易調(diào)速的特性，在要求較高的普及型望遠(yuǎn)鏡中也有采用。相對(duì)來(lái)講，這種系統(tǒng)的造價(jià)較高，控制系統(tǒng)也比較復(fù)雜。

交流同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式

交流同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一種可以用較簡(jiǎn)單的電控系統(tǒng)，提供穩(wěn)定的工作頻率而使穩(wěn)速精度十分高的一種望遠(yuǎn)鏡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，不必附加任何反饋元件。對(duì)于要求不十分高的望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)儀鐘，可以直接用交流50赫茲市電驅(qū)動(dòng)。對(duì)于要求較高的系統(tǒng)，采用高精度的石英振蕩器。經(jīng)過(guò)多次分頻成電機(jī)的驅(qū)動(dòng)頻率，再進(jìn)行功放后驅(qū)動(dòng)電機(jī)，也可以微量變化頻率而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。例如對(duì)于50赫茲電機(jī)，可以用40赫茲或60赫茲頻率來(lái)驅(qū)動(dòng)以達(dá)到望遠(yuǎn)鏡微動(dòng)的目的。

但是交流同步電機(jī)因頻率變化值十分有限，而不能使望遠(yuǎn)鏡達(dá)到慢動(dòng)和快動(dòng)，給觀測(cè)帶來(lái)不便。多速同步電機(jī)較方便地解決了望遠(yuǎn)鏡的慢動(dòng)問(wèn)題，因此，同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)僅能完成慢動(dòng)、恒動(dòng)及微動(dòng)。至于快動(dòng)。只能用手動(dòng)或其他差分電機(jī)傳動(dòng)而達(dá)到。同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)，噪音小，電控系統(tǒng)較可靠、方便，但由于其不能大幅度變速而影響擴(kuò)大使用度。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式

步進(jìn)電機(jī)以其高穩(wěn)速、大變速范圍而越來(lái)越廣泛地用于望遠(yuǎn)鏡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，特別在計(jì)算機(jī)(或單片機(jī))控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)越性更能廣泛體現(xiàn)。在特殊設(shè)計(jì)后，步進(jìn)電機(jī)的變速范圍可達(dá)5400倍，且沒(méi)有直流電機(jī)變速后力矩改變的缺點(diǎn)，可以用一只電機(jī)來(lái)完成望遠(yuǎn)鏡的快動(dòng)、恒動(dòng)、慢動(dòng)及微動(dòng)。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式也是依靠晶體分頻(或計(jì)算機(jī)軟件分頻)加功放后驅(qū)動(dòng)電機(jī)。分頻的精度及步進(jìn)電機(jī)的“步”，直接決定了精度。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電控系統(tǒng)原有的一些劣勢(shì)，如驅(qū)動(dòng)電控系統(tǒng)復(fù)雜、功放部分功率需要較大、制作成本較高等，得到一定的改善，大大降低了成本，提高了可靠性，步進(jìn)電機(jī)也應(yīng)用越來(lái)越廣。但步進(jìn)電機(jī)由于是“一步一步”地走，而不是像其他電機(jī)那樣連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此噪聲較大，而且在分頻不夠的情況下望遠(yuǎn)鏡會(huì)有震動(dòng)?，F(xiàn)在用步矩角細(xì)分的方法，使步進(jìn)電機(jī)跟蹤趨于平穩(wěn)。小型步進(jìn)電機(jī)還可以采用十分簡(jiǎn)單的線(xiàn)路來(lái)達(dá)到跟蹤要求及變速要求。KP150M馬克蘇托夫折反射望遠(yuǎn)鏡成功地采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而且在戶(hù)外可以用蓄電池驅(qū)動(dòng)。

當(dāng)然，還有其他驅(qū)動(dòng)方式可以用于天文望遠(yuǎn)鏡的驅(qū)動(dòng)，特別在赤緯傳動(dòng)中，交直流伺服電機(jī)系統(tǒng)、交流變頻調(diào)速異步電機(jī)系統(tǒng)等都可以被采用。