LUCIDARE UNO SPECCHIO ULTRA FAST CON UTENSILE A LIQUIDO NON NEWTONIANO INVECE DELLA PECE?

[Giulio Tiberini]

La lettura del seguente articolo mi ha suggerito la probabile fattibilità/sperimentabilità, di trasferire anche a livello amatoriale, l’applicazione di lucidatura e parabolizzazione professionale degli specchi per telescopi, ora di ultra-avanguardia, con un utensile “A LIQUIDI NON NEWTONI”, che sembrerebbe una promettente via ora mancante a livello amatoriale/artigianale, per un salto sensibile di qualità ottiche di specchi molto aperti per i quali ora esiste amatorialmente solo l’uso dei rigidi utensili sub-diametro.

E’ noto che un fluido non newtoniano è stabilmente liquido, ma si indurisce localmente in risposta proporzionale ad una compressione, tanto da permettere di “camminare sulle sue acque: ” (https://www.youtube.com/watch?v=f2XQ97XHjVw) 

Un utensile rotante in gomma contenente quel liquido potrebbe trascinare l’abrasivo lucidante agendo con maggiore forza causata dal proporzionale indurimento causato sia dalla forza centrifuga data dalla velocità di rotazione variabile, e sia dalla compressione progressiva esercitata su di esso dal grado di curvatura della zona in lavorazione, per tornare un istante dopo perfettamente liquido a seguire la uniforme superficie circostante la zona di maggiore lavorazione.

ARTICOLO SULLA LUCIDATURA DELLO SPECCHIO DA 8,4 METRI DEL Giant Magellan Telescope

https://www.space.com/31645-putting-the-polish-on-epic-scale-telescope-mirrors.html

E’ noto agli addetti ai lavori, che per parabolizzare amatorialmente o artigianalmente specchi di grande diametro e corta o cortissima focale, occorre usare utensili di piccolo diametro.  i telescopi newtoniani realizzati con quegli specchi oggi sono oggi in auge per la minore altezza dal suolo che permette di guardare nell’oculare senza bisogno di salire su scale ad appoggio.

Tali utensili di piccolo diametro però sono sempre portatori di imperfezioni sulla superficie riflettente, perchè lavorando solo localmente, non permettono mai un perfetto raccordo fra le zone lavorate e quelle adiacenti, tale da rispettare la tolleranza minimale stabilita in ¼ della lunghezza d’onda della luce giallo-verde di 550 nanometri; errore che sul vetro è pari a 68,75 nanometri fra picco e valle delle asperità della superficie riflettente. Il che porta sempre ad un basso valore di qualità del telescopio, che potrà pure essere tirato ad un valore meno basso, con costi però significativi per via del tempo necessario a correggere mille volte la superficie,  nei tentativi di uniformarla alla parabola teorica presa come di riferimento costruttivo.

La scarsa qualità diventa visibile nello star test, quando si scorgono anelli di diffrazione più luminosi degli adiacenti, mentre si ha il telescopio già ben acclimatato.

Nell’articolo si specifica che il lavoro di ultra fine affinamento della lucidatura dello specchio da 8,5 metri del Giant Magellan Telescope è stato affidato ad un utensile in gomma riempito con un liquido non newtoniano, si muove lentamente sulla superficie dello specchio mentre contemporaneamente orbita rapidamente attorno a se stesso. Il liquido newtoniano diventa rigido causa forza centrifuga durante il breve periodo dell’orbita, mentre il resto del contenuto rimane fluido nel corso del tempo necessario per spostarsi attraverso lo specchio, e scorre facilmente corrispondendo sempre alla forma della superficie, mentre l’irrigidimento appiana le irregolarità su piccola scala nella superficie dello specchio. 

Il dubbio/speranza/certezza per i costruttori del GMT che sorge spontaneo, è che magari un utensile sub-diametro di questo tipo, possa lavorare meglio di un normale rigido sub-diametro manuale, assicurando una contemporanea oggi mancante azione molto più uniformante e di raccordo della zona lavorata con le circostanti.

L’utensile ricorda molto una borsa per il ghiaccio fatta girare con un perno nel tappo, ma quello che lavora e si vede nella immagine dell’articolo di cui sopra, è più realisticamente costituito da un disco superiore di alluminio di un certo diametro, dotato di perno centrale di rotazione e probabilmente di una ghiera periferica superiore, sotto il perimetro della quale possa essere fissato il bordo di un disco di gomma flessibile, a formare una sacca sottostante (ad esempio potrebbe essere il tessuto di una borsa per il ghiaccio tagliato dal tappo e fissato con la ghiera sul disco di alluminio in modo da presentare esternamente la gomma interna che impermeabilizza la tela esterna della borsa, così da non far lavorare la trama del tessuto che rimarrebbe interna all’utensile che conterrà il liquido newtoniano, tipo acqua e amido di mais.

Ai posteri l’ardua…sperimentazione

[Massimo Marconi]

Interessantissimo Giulio
Tuttavia non mi trovo del tutto d’accordo sul problema del sub-diametro, cerco di spiegarmi:
Non penso che la difficoltà sia quella dell’uniformare la superficie, cosa possibile anche con piccoli utensili, se per “uniformare” intendiamo una continuità nel cambio di curvatura tra le zone, senza cioè “salti” o cambi repentini del raggio di curvatura tra due zone contigue.

Diverse tecniche di lavorazione permettono di uniformare la superficie: ad esempio corse a W molto strette generano una superficie regolare e priva di rugosità al pari di un pieno diametro.
Il problema casomai ( che poi non è un problema ma una opportunità ) è nell’eliminazione dei difetti ( zone alte, basse o asimmetrie di qualunque genere ) nel momento in cui l’estensione del difetto è superiore al diametro dell’utensile.

Se ad esempio prendiamo una superficie astigmatica ( come ho avuto modo di studiare a fondo ), con diversi raggi di curvatura ( che possono essere ortogonali o asimmetrici nel valore massimo/ minimo del raggio di curvatura stesso, avremo proprio uno dei casi in cui l’estensione del difetto è superiore al diametro dell’utensile. Se lavoriamo con corse a W l’intera superficie con il pieno diametro, avremo che i raggi di curvatura min e max si uniformano in un valore intermedio,gli altri di conseguenza diventano sferici, mentre con un piccolo sub-diametro resteranno tali e quali.

Tuttavia, dopo un numero sufficiente di sessioni, avremo una superficie ancora astigmatica, ma perfettamente uniformata nel cambio di curvature lungo ogni diametro. In pratica, nel Ronchi vedremo delle linee “inclinate” verso il raggio di curvatura più corto, ma perfettamente rettilinee, se prima erano irregolari.
Il sub diametro non riuscirà ( con questa tecnica ) a modificare i singoli raggi di curvatura, ma comunque li renderà regolari “ a prova di lambda” !

Non solo, Avremo una figura con raggi di curvatura multipli , regolari ( presi singolarmente ) ed anche perfettamente raccordati tra loro.

Perché succede questo ? per il semplice fatto che è nella “natura” del sub-diametro la capacità di lavorare zone con curvatura diversa. Se così non fosse non si riuscirebbe a generare una parabola o una iperbole “spinta” su focali ultra corte, dove la differenza curvatura tra centro e periferia assume valori importanti.

Se il difetto è più piccolo del diametro dell’utensile, il problema non si pone e avremo lo stesso risultato del pieno diametro: ad esempio in una piccola “buca” la patina, durante le corse, non avrà contatto nei punti più bassi ( nel fondo della buca ) restando “appoggiata” sui bordi e, a lungo andare, scaverà la restante superficie fino a raggiungere il livello più basso. A quel punto si avrà il pieno contatto tra patina e vetro ed uniformità nella figura, avendo con la lavorazione assorbito il difetto.

Se il difetto è più grande del dell’utensile ( ad esempio una parabola intesa come “sfera deformata” ) la patina del sub-diametro avrà sempre un contato all’interno della zona difettosa e, durante la lavorazione, toglierà la stessa quantità di vetro su tutta la superficie, lasciando inalterata la figura nel suo insieme. Perciò in questi casi, si dovrà ragionare in modo diverso, a volte contro-intuitivo, ed iniziare a generare un difetto contrario o identico , in alcune porzioni di superficie o lungo alcuni diametri ( intervallate da corse di regolarizzazione ) a seconda del risultato che vogliamo ottenere, ma in ogni caso il raccordo inteso come regolarità della curva, sia essa a raggio costante o variabile è, secondo me, un falso problema anzi, è esattamente la risorsa più importante del sub-diametro rispetto al pieno.

Immaginiamo per un attimo che lo scopo della lavorazione, per qualche strano motivo, fosse stato quello di generare una superficie con raggi di curvatura diversi in funzione della direzione, come ad esempio una calotta toroidale. In questo caso non avremmo parlato di difetti ma di risultato raggiunto.
Perciò se uno strumento mi permette di modellare qualunque curva indipendentemente dalla simmetria ed averne il controllo durante la lavorazione, non può avere dei limiti proprio sulla regolarità della curva stessa, perché negherebbe il principio appena detto.
Principio che è valido, perché è sperimentalmente dimostrabile che una figura astigmatica con raggi di curvatura multipli può essere mantenuta tale, modificata o regolarizzata a seconda della tecnica di lavorazione.
Certo, tutto questo in teoria… nella pratica so’ dolori !

[Giulio Tiberini]

Si, credo anch’io che a lasciare la strada manuale vecchia per la nuova, si mette in opera il detto che si sa quel che si perde ma non quel che si trova.

Tanto più che un sub diametro con nuove tecnologie sperimentali di tipo proporzionale a quello descritto nell’articolo per telescopio da 8,5 metri, avrebbe comunque una dimensione certamente troppo grande per lavorare telescopi amatoriali anche di importante apertura.

Naturalmente, di quella applicazione è fantastico anche il modo di controllo della lavorazione, autonomamente guidato da un software in base alla posizione dell’utensile sulla superficie, rispetto ad una mappatura precedente delle sue asperità nanometriche. Mappatura realizzata col conteggio dei centesimi di frangia, riflessi dalla superficie colpita con un laser rosso da 630 nanometri.

Se non sbaglio i conti, un centesimo di frangia di quella luce, misura 6,3 nanometri. Che sul vetro danneggerebbero l’onda di luce che ci passa sopra per due volte, in incidenza e dopo riflessione, introducendo un errore sull’onda riflessa di 12,6 nanometri, i quali rispetto alla lunghezza d’onda della luce visibile giallo verde di 550 nanometri usata per telescopio normali, corrispondono ad una terriicante precisione ottica dei telescopio Large Magellan di Lambda/43,6.

Prima della lettura dell’articolo, non avevo mai incontrato l’uso pratico delle proprietà dei liquidi non newtoniani, nè tantomeno letto della metodologia (geniale) di mappare la superficie dello specchio con delle frange di diffrazione, per determinare dove, e di quante frange è il difetto da correggere, per poter manovrare l’utensile fino ad azzerare letteralmente l’errore.

[Autore]

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