망원경 자작정보 ~☆+

  • 8인치 f/8 행성용 돕소니언
  • 조회 수: 1857, 2018-12-26 17:32:09(2018-12-22)
  • 8inch_dob3.JPG


    이번에는 남들이 잘안하는 것을 한번 해보았습니다. 용도가 따로 없겠지만, 장초점의 이점을 살린다면 행성용 반사망원경이라 불러도 크게 문제될 것은 없어보여서 행성용 돕소니언이라고 제목을 달아보았습니다.



    1. 장초첨의 이점


    6inch f9.jpg                                  

    6" f/9 reflector(GarySeronik.com)


    S&T의 필진 중에 Gary Seronik이란 분이 있습니다. 이 분의 홈페이지(garyseronik.com)를 보면 6인치 f/9 장초점 반사망원경이 나오는데 f/9 반사 광학계에 대한 장점을 설명해놓고 있지요. 초점거리가 길면 중배율 아이피스로도 고배율 관측이 가능하여 행성관측에 유리하고, 광원뿔(light cone)이 서서히 수렴하기 때문에 간단한 광학계를 가진 오르소, 어플, 프뢰슬 아이피스(orthoscopic, Erfle, and Plössl eyepieces)에 잘 작동하는 장점이 있습니다. 현대 아이피스들은 단초점 광학계를 보정하는 목적의 렌즈가 추가로 삽입되는 반면, 예전 장초점 광학계를 이용하던 시절의 아이피스들은 이런 보정렌즈가 없으므로 장초점 광학계와 잘 맞을 뿐만 아니라 렌즈수가 작아서 콘트라스트 증가에 매우 유리하다는 것입니다. 또한 콜리메이션 오차를 줄여주기 때문에 더 정밀한 초점을 유지할 수 있다는 점도 있지요. 다른 말로 하면 초점 스트레스가 적다는 말입니다. 무엇보다 장초점 반사광학계는 사경의 크기를 작게하여 부경 차폐를 줄일 수 있는 장점이 있습니다. 사경에 의한 차폐가 커지면 그만큼 콘트라스트가 훼손되어 상의 질이 저하됩니다. 이 분의 망원경은 주경대비 약 12.5%의 차폐를 보인다고 합니다. 통상적으로 부경지름이 주경지름의 20% 이하가 되면 회절에 의한 상의 저하를 어느 정도 막을 수 있다고 합니다. 12.5%는 거의 극강이라 할 수 있습니다.

    이 글을 읽고 행성용 장초점 반사망원경을 생각하게 되었습니다. 하지만 검색을 좀 해보니 미러 제조사들은 대구경 단초점 광학계에 사활을 걸고 있지 중소구경의 장초점 광학계에는 거의 투자를 하고 있지 않았습니다. 그러는 가운데 프리미엄급 미러 제조사 가운데 유일하게 Optic Wave Lab에서 행성용 미러를 판매하고 있는 것을 발견하였죠. Price List를 한번 봅시다.

    Diameter

    Focal Ratio

    Price

    8.0"

    8.0

    $559.00

    10.0"

    7.0

    $656.00

    12.5"

    6.5

    $923.00

    대략 이 메이커에서 생각하는 행성용은 이 정도 스펙이라고 보는 듯 합니다. 마음속에 어느 정도 결론을 내리면서, 이 정도 스펙의 Old Mirror를 구해야 되겠다고 마음을 먹었습니다. 왜냐하면, 적어도 미국에서는 단초점이 유행하기 전까지만 해도 굉장히 좋은 장초점 미러들이 많았기 때문이었고, 그 명성도 무시할 수 없을 만큼 좋았지요. Cave나 Dynascope, Edmund Scientific 같은 망원경들은 60-70년대를 풍미하던 반사망원경의 제왕들입니다. 심심치 않게 장초첨 광학계를 만들어 팔았을 뿐만 아니라 이들은 무엇보다 현재 가격이 매우 쌉니다. 싼 것이 중요했던 이유는 심리적으로 소구경 미러를 비싸게 사는 것은 낭비같다는 느낌 때문이라 하겠습니다.

    위 표에서 나오는 8인치는 초점길이가 64인치라 돕을 만들어도 서서 볼만하지만, 10인치 이상은 70인치가 넘어가서 발판이 필요할 수 있으므로 구성이 쉽지 않다는 것을 알 수 있습니다. 8인치 f/8 반사경을 목표로 Cloudynights에서 검색해본 결과 팔리지 않고 있던 Dynascope 반사경을 찾을 수 있었습니다.

    사경은 늘 애용하는 안타레스 옵틱에서 고심끝에 1.3인치로 주문을 하였습니다. 차폐율은 16.25%. 약간 더 작은 미러로 하고 싶었으나, 이 메이커에서는 1.3인치가 가장 작은 사경이었습니다. 이 정도로 타협을 한 뒤 제작에 착수하였습니다.


    8inch_dob_cnc.jpg

                                  

    그리고, 이번에는 자작나무 합판 커팅을 CNC전문업체에 의뢰하였습니다. 내가 살고 있는 곳에서 얼마 멀지 않는 곳에 공장이 있는데, 매우 저렴하면서도 퀄리티가 좋아서 대만족입니다. 8인치 돕은 자작합판 12T 한장으로 충분하였습니다.



    2. 밸런스


    제작 형태는 트러스 돕소니언으로 하였습니다. 별다른 대안도 없었지만, 유튜브에서 검색해보니 같은 스펙의 망원경을 트러스 돕소니언으로 만든사람이 있었습니다.


    8inch f8 youtube.png

    출처: https://www.youtube.com/watch?v=nf6cJcrvh4Q


    이 분의 영상을 뚫어지게(?) 분석하여 미러박스, 어퍼케이지, 트러스폴 길이의 비율을 산출하여 설계에 접목하여 보았습니다. 좀 안맞긴 했지만 현재의 형태로 만드는데 도움이 되었습니다.(뒷 배경 하늘이 넘 부럽네요...)

    암튼, 제작상 가장 큰 어려움은 역설적이게도 미러 무게에 비해 지나치게 긴 초점 거리라 하겠습니다. 즉 경통의 무게중심이 올라가기 때문에 미러박스 높이가 길어지고 이동성이 낮아진다는 단점입니다. 어떻게든 미러박스 길이를 줄이기 위해 몇가지 아이디어를 생각했습니다. 


    kineoptics.jpg

                                           
    먼저 어퍼케이지의 무게 줄이기입니다. 어퍼케이지에서 가장 많은 무게를 차지하는 것이 포커서죠. 2인치가 가능한 포커서 중에서 최소 중량은 헬리컬 포커서라 하겠습니다. 헬리컬 포커서는 선택의 폭이 매우 좁아지는데, 이 가운데 미국에서 인기를 끌고 있는 KineOptics에서 생산한 크레이포드형 헬리컬 포커서를 선택하였습니다. 무게는 195g.


    8inch_mirrorbox.jpg

    다음은 미러박스 무게 늘리기입니다. 전통적으로  무게추를 달아서 무게중심을 맞추는 방법이 있는데, 별도의 무게추 보다는 알미늄 봉을 미러박스에 자연스럽게 설치하여 무게를 늘리는 방법을 택하였습니다. 처음에는 전통적 사각 미러박스를 염두에 두었으나 무게 늘리기엔 오히려 스트럿 방식이 유리한 점을 감안하여 여러번 제작 경험이 있는 스트럿 미러박스를 채택하였습니다.



    3. 회절현상 줄이기


    반사망원경을 처음 봤을 때 광로가 허공을 여러번 겹치기로 지나가는데 상이 또렷이 보일 수 있을까 의문스러웠던 적이 있었습니다. 더구나 사경이 일부를 가리는 데도 그 사경이 보이지 않는다는 것이 더욱 신기했지요. 마지막으로 사경을 지지하고 있는 스파이더는 왜 안보는 것일까? 이런 의문에 도달했을 때 느꼈습니다. 뉴턴은 정말로 천재가 아닌가. 저런 물건을 생각했다는 그 자체만으로도...

    이 가운데 스파이더 이야기를 좀 해보려고 합니다. 반사망원경으로 찍은 별사진을 보면 밝은 별에 크로스 무늬를 남긴다는 것을 알 수 있는데, 빛의 회절현상 때문이라고 합니다. 당연하겠지만 회절현상은 상의 선명함을 감소시키는 효과를 가집니다. 굴절망원경으로 보는 행성상이나 별상이 쨍한 콘트라스트를 보여주는 이유가 바로 회절현상이 없는 광학계이기 때문이라고 하지요. 그러면 어떻게 하면 반사망원경의 이런 회절현상을 줄일 수 있을까? 고민해 보았습니다.


    36-6f9-topend.jpg


    Gary Seronik은 사진에서 보는 '곡면형 스파이더'를 채용할 경우 회절된 빛이 밝은 별 주변의 보이지 않는 halo 속으로 확산되기 때문에 굴절망원경 같은, 스파이더가 없는 것 같은, 별상을 얻을 수 있다고 합니다. 표준적인 8인치 망원경의 4개의 날개가 있는 스파이더는 전체 광량의 약 2% 정도를 흡수해버린다고 합니다. 부경차폐로 인한 광량 손실이 약 4% 라고 하니 꽤 큰 광량손실이라 할만합니다. 하지만 곡면형 스파이더는 회절현상이 안보이게 되므로 2% 정도 차지하던 광량 손실이 없는 것처럼 느껴지게 되어 콘트라스트 향상에 상당히 큰 도움이 된다고 합니다.


    IMG_0107.jpg
    곡면형 스파이더 채용

                                            

    그래서 저도 준비했습니다. 곡면형 스파이더로! 처음엔 만들어 보려고도 했으나 도저히 안될 것 같아 미국의 destinycomp.com 에서 판매하는 3 vane curved spider를 구입하여 장착하였습니다. 일반적인 딥스카이용이라면 일부러 찾지는 않았을 테지만, 명색이 행성용 반사망원경이므로 이런 것 까지 신경을 써 보았습니다. 막상 구매를 해서 보니 사경 홀더는 3D Printer로 만든 제품이고 조금 조악한 만듦새를 가지고 있었습니다. 하지만 막상 사경을 붙이고 운용을 해보니 기능적으로는 생각보다 괜찮다는 느낌을 주었습니다. 어쨌든 자기 만족을 위해 자작을 하는 것이므로 이런 포인트가 있는 것도 나쁘지 않으리라 생각됩니다. 


    4. 완성모습

    8inch_dob3.JPG

    우여 곡절 끝에 행성용 돕소니언이 완성되었습니다. 미러 박스 무게가 생각보다 많이 나가고 부피에 비해 키가 커서 다소 홀쭉한 느낌을 줍니다. 음... 몸매가 좋다고 해야하나 뭐 그런 느낌. 하지만  군살은 없지만 근육도 없는 느낌... 아 복잡합니다. 아이피스까지 161cm, 전체높이 172cm 정도로 측정됩니다. 관측에는 딱 적당한 높이가 된 듯 합니다.

    그리고, 미러박스에 붙은 쇳덩어리들 때문에 이동성이 좀 훼손되는 듯한 것도 단점이 되었습니다ㅠㅠ 저렇게 많이 붙이고 싶지 않았는데 그렇게 안했으면 미러박스 크기가 상당히 더 길쭉 해 졌을 것입니다.

    자세한 설명을 다 안했지만, 기본적인 성능은 잘 낼 수 있게 설계를 하였습니다. 가령 미러셀은 9점지지이고, 트러스파이프는 25파이 파이프를 사용하였습니다. 트러스파이프 고정용 클램프는 focuser.com에서 판매하였던 볼헤드형 클램프를 사용하였습니다(안타깝게도 이제 단종되었다네요). 또한 하부에 쿨링팬도 설치하였습니다.

    아직 first light 전이라 성능이 어떻게 될 지 궁금합니다. 행성용 망원경인데, 막상 볼 수 있는 행성이 이제 거의 없네요. ㅠㅠ 행성시즌 다지나가고 만든 행성용 망원경... 더 긴 기다림이 필요한 듯 합니다.


    5. 우드클램프 실패담

    사족일 듯 하여 뺄까하다가 실패담도 필요한 것 같아 적어봅니다. 이 망원경을 만들면서 새롭게 시도해 본 것이 있는데 클램프를 나무로 만들 수 없을까 하는 것이었습니다. 시작은 The Dobsonian Telescope에 나온 사진 한 장입니다. 한 번 보시기 바랍니다.


    dobsonian telescope clamp page.jpg



    이 사진에 대한 설명은 본문에는 안나오더군요. 하지만 보다시피 굉장히 심플할 뿐만아니라, 합판을 CNC커팅만 할 수 있다면 머리 아픈 알미늄 작업 없이도 충분히 쉽게 만들 수 있다는 생각을 들게합니다. 더구나 이번 망원경이 어퍼케이지 무게를 줄여야 하는 장초점 망원경이므로 무게 감소에도 매우 도움이 될 듯한 포즈라고 느꼈지요.

    Fokus_k.jpg                                  

    출처 : reinervogel.net


    이런 클램프를 채택한 사람이 또 있을까 싶어 열심히 구글링 해보았습니다. reinervogel.net에서 찾을 수 있었는데, 14인치 망원경에 채택을 한 모습을 볼 수 있습니다. 이 정도 규모의 망원경에 사용했다면 분명히 잘 고정되기 때문이리라 생각했구요.



    cnc2.jpg


    그래서 책에 보이는 모습을 나름대로 상상을 해 가면서 설계를 하여 CNC 커팅을 의뢰 하였습니다. 위의 사진을 보면 가운데 꼬불꼬불 커팅한 녀석이 바로 그 클램프입니다. 가장 힘들었던 점은 기울어진 트러스 파이프 방향으로 커팅하는 것인데 이것을 해결하는데 상당히 머리를 많이 굴렸습니다.


    wood_clamp.jpg
                                

    우여곡절끝에 만들어낸 클램프입니다. 망원경의 다른 부품들은 수성바니쉬를 발랐는데, 이 클램프는 유성 바니쉬를 발라보았죠. 그래서 약간 갈색톤이 강해졌음을 알 수 있습니다. 바를 때는 냄새도 많이 나고 힘들었는데 다 마르고 나니 모양은 이쁘게 잘 나온 편이고, 기대도 많이 하게 되었습니다.(하지만 다시는 유성 바니쉬 안바르겠다고 결심하게 만든 장본인이기도 합니다!)


    uppercage.jpg

    그리하여, 어퍼케이지에 적용한 모습입니다. 그런데,,, 왜 이 클램프를 최종적으로 채택하지 않았을까요? 이 클램프의 가장 큰 문제점은 고정력이 떨어진다는 점이었습니다. 금속에 비해 나무로 되어 있다보니 아무리 강력하게 조여도 결국 유격이 생겨 틀어지는 경우가 왕왕 발생하였습니다. 열심히 궁리했던 녀석이라 포기하기가 너무 아쉬웠지만 결국 포기할 수 밖에 없었습니다. 그런데, 앞서 reinervogel.net에서는 어떻게 했길래 그걸 잘 사용하나 싶어 다시한번 찬찬히 살펴보니... 쩝. 체결력의 문제때문에 금속으로 바꿨다는 내용이 있지 않겠습니까? 휴... 좀 더 열심히 읽어보고 적용했어야 했다는 생각이 듭니다. 만약 8인치 f5나 f6정도에서는 잘 견딜 수 있을 것 같은 느낌은 듭니다. 정말 참고만 하기 바랍니다.


댓글 4

  • 김철규

    2018.12.23 20:32

    회장님 잘 지내시죠? 얼굴 뵌 지 오래 됐네요. 소구경 장초점 돕소니언이라니 덕분에 아주 새로운 세계를 알게 됐습니다. 망원경이 정말 멋지네요. 행성철은 지났지만 이중성에도 좋은 성능을 보여주지 않을까 싶네요. 저도 꼭 한번 눈동냥 해 보고 싶습니다. ^^;
  • 김남희

    2018.12.25 22:27

    회장님 아주 재미있는 작업을 하셨네요.

    저도 한동안 행성용돕을 생각한적이 있습니다.

    영국오리온에서 10"f6.3미러를 판매합니다.

    결국 고민하다가 포기한건 12"f5.3돕이 있어서였습니다.

    곡선 스파이더의 장점은 들은적이 있었는데요. 글을보니 자작의 충동을 느낍니다.ㅎ

    구매하신 헬리코이드포커서의 드로우튜브 이동거리는 얼마나 되는지요?

    전에 허접한 헬리코이드포커서를 써본적이 있었습니다만 돌릴때마다 광축점이 바뀌어 애로가 있습니다.ㅠ

    어쨌든 회장님 자작기를 보니 장초점돕 생각이 꿈틀 댑니다.ㅎ

  • 최윤호

    2018.12.26 08:45

    회장님 안녕하시지요? 저 망원경으로 꼭 행성 한 번 보고 싶습니다. 내년 신년 관측회 오실꺼죠? ㅎ

  • 이현동

    2018.12.26 17:32

    저는 남쪽 지역에 있다보니 주로 김도현님 계시는 산청으로 많이 가게 되네요... 암튼 모두들 보고싶습니다!!
    이 망원경 아직 성능 테스트를 못해봐서 어떨지는 모르겠으나 저도 잘 보였으면 좋겠습니다 ^^;

    여기 헬리컬 포커서는 만듦새가 아주 훌륭합니다. 가격도 싸구 아이디어도 좋구요... 그래서 광축점이 옮겨갈 것 까지는 아닐듯합니다. 일단 한번 만져보면 느껴집니다. 통상 헬리컬 포커서들에 비해 회전당 이동속도도 좋고 크레이포드라 백래쉬도 없습니다. 낮은 프로파일이 필요할 때 더욱 좋을 듯 합니다. 2인치 모델이 2가지 인데(HC-2, HC-2A) 이중에서 좀더 무거운 아이피스에 대응할 수 있는 HC-2A모델이구요, 드로우튜브 이동거리는 실측기준으로 27mm쯤 됩니다. 홈페이지 보니 26.92mm라고 했으니 거의 정확하네요. HC-2모델은 32.76mm이구요. 아이피스 홀더에 쌍안장치를 끼는 게 아니라면 이 모델도 쓸만할 것 같습니다. 1.25인치 모델도 있는데 지난번 보여주셨던 트래블 돕처럼 가볍게 만드시는 경우에 쓸만 하실 겁니다. 1.25인치 모델은 62g이네요.
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