Интересная астрономия или диверсификация предприятий ОПК

По Приказу Министерства образования и науки РФ от 7 июня 2017 г. N 506 "О внесении изменений в федеральный компонент государственных образовательных стандартов начального общего, основного общего и среднего (полного) общего образования, утвержденный приказом Министерства образования Российской Федерации от 5 марта 2004 г. N 1089", в школах обязательным курсом возвращается предмет "астрономия". Согласно данному приказу, изучение астрономии на базовом уровне среднего (полного) общего образования направлено на достижение следующих целей:

• осознание принципиальной роли астрономии в познании фундаментальных законов природы и формировании современной естественно-научной картины мира;
• приобретение знаний о физической природе небесных тел и систем, строения и эволюции Вселенной, пространственных и временных масштабах Вселенной, наиболее важных астрономических открытиях, определивших развитие науки и техники;
• овладение умениями объяснять видимое положение и движение небесных тел принципами определения местоположения и времени по астрономическим объектам, навыками практического использования компьютерных приложений для определения вида звездного неба в конкретном пункте для заданного времени;
• развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе приобретения знаний по астрономии с использованием различных источников информации и современных информационных технологий;
• использование приобретенных знаний и умений для решения практических задач повседневной жизни;
• формирование научного мировоззрения;
• формирование навыков использования естественно-научных и особенно физико-математических знаний для объективного анализа устройства окружающего мира на примере достижений современной астрофизики, астрономии и космонавтики.

Астрономия изучает движение, физическую природу, происхождение и эволюцию небесных тел и образованных ими систем, а также строение и эволюцию Вселенной как целого [3, с. 11].

Астрономические наблюдения за движением небесных тел и необходимость заранее вычислять их расположение сыграли важную роль в развитии не только математики, но и очень значимого для практической деятельности человека раздела физики – механики [2, с.5].

Сведения о том, что происходит за пределами Земли в космическом пространстве, учёные получают главным образом на основе приходящего от этих объектов света и других видов излучения. Наблюдения - основной источник информации в астрономии [2, с. 8].

Телескоп является основным прибором, который используется в астрономии для наблюдения небесных тел.

Телескоп применяют, во-первых, для того, чтобы собрать как можно больше света, идущего от исследуемого объекта, а во-вторых, чтобы обеспечить возможность изучать его мелкие детали, недоступные невооружённому глазу. Чем более слабые объекты даёт возможность увидеть телескоп, тем больше его проницающая сила. Возможность различать мелкие детали характеризует разрешающую способность телескопа. Обе эти характеристики телескопа зависят от диаметра его объектива [2, с.12].

Современный астрономический телескоп – это сложный высокоточный измерительный инструмент, оснащенный разнообразным оборудованием, предназначенным для управления работой телескопа, регистрации и анализа излучения [3, с. 87].

По мнению многих специалистов, в школе должны быть организованы «живые» наблюдения в телескопы.

Так, Евгений Щербаков, астрофизик, сотрудник Московского планетария говорит, что учитель должен быть «подкован» и заинтересован в теме. Без этого нельзя увлечь учеников. Ему нужно понимать, что астрономия сейчас развивается очень активно, и часто то, что еще вчера было неизвестно, сегодня уже не является тайной. Но самое главное – в школе должны быть организованы «живые» наблюдения в телескопы: без этого любое красивое изложение предмета потеряет связь с реальностью. От школы требуется лишь возможность и желание время от времени организовывать выездные уроки [4].

Для полноценного изучения курса астрономии в любом виде не обойтись без проведения практических работ, ведь нельзя же научиться играть в футбол лишь смотря его по телевизору и играя в симуляторы на компьютере, так и в астрономии для полноценного восприятия курса не обойтись без живого телескопа. Казалось вопрос простой – на рынке представлено большое количество телескопов, как принято говорить на любой вкус, цвет и кошелек. От простеньких линзовых за 4000 рублей с объективом диаметром 40-50 мм. на простой стойке, до полупрофессиональных зеркально линзовых систем с апертурой в 400 мм. автоматизированными ориентацией, наведением и сопровождением объектов и ценой в два-три миллиона.

Из опыта проведения массовых астрономических мероприятий видится следующая концепция – телескоп должен обладать относительно небольшой апертурой в пределах 75-120 мм., иметь автоматизированное наведение и сопровождение объекта, оснащен выводом изображения на внешний монитор или проектор. Небольшая апертура телескопа объясняется требованием компактности и мобильности телескопа, а также не рациональности использования телескопов с большой апертурой в населенных пунктах. Специфика образовательного процесса в школе требует использования дистанционного управления телескопом, т.к. наблюдение реальных объектов звездного неба возможна только на утренних уроках в зимнее время, вывод же всего класса в зимнее время на улицу и проведение индивидуальных наблюдений каждым учеником потребует большого времени и вряд ли позволит уложиться в рамках одного урока, более рационально проведение урока из класса с дистанционным управлением телескопом и наблюдением на экране. Автоматизированное наведение и сопровождение объектов обеспечивает также и возможность выбора наблюдаемых из базы стандартных программ планетариев, что будет удобно и для преподавателей, и для учеников.

Исходя из вышеизложенной концепции специалистами АО "Новосибирский приборостроительный завод" (АО "НПЗ") был разработан комплекс астрономического оборудования «ТАЛ-Вега» (рис. 1) для общеобразовательных учреждений.

Рис. 1. ТАЛ-Вега в сборе

Для специалистов АО "НПЗ" разработка и серийный выпуск телескопов является особо важным делом, для некоторых даже делом всей жизни, хотя предприятие является частью оборонно-промышленного комплекса.

История предприятия началась в 1905 году, когда в Российской империи появился филиал известной немецкой оптической фирмы «Карл Цейс». Тогда знаменитые немецкие фирмы «Карл Цейс» и «К. Герц» основали оптические мастерские в Риге. Именно с тех пор на предприятии поддерживаются и развиваются традиции высокого качества.

В настоящее время АО "НПЗ" – это универсальное, многопрофильное объединение с мощным научно-техническим потенциалом, специализирующееся на конструировании и производстве высокоточных лазерных, оптико-электронных и оптико-механических приборов. Специалисты предприятия участвовали в разработке и создании большинства оптических и оптико-электронных прицелов, систем управления огнем, приборов наблюдения и разведки, в рамках этих направлений накоплен большой теоретический и практический опыт, созданы уникальные технологии и прецизионное технологическое оборудование.

Оптическое производство АО "НПЗ" обеспечивает изготовление оптических деталей различной степени точности: пластины, линзы Ø5…250мм., призмы, асферические линзы, интерференционные и узкополосные светофильтры, экраны, прецизионные шкалы, сетки, лимбы, плоские и сферические зеркала диаметром до 250 мм.

Направлениями развития оптического производства являются техническое перевооружение участка фотолитографии направленное на повышение точности изготавливаемых деталей и освоение технологии нанесения покрытий на основе субволновых структур, совершенствование технологии нанесения вакуумных просветляющих покрытий для видимого и ИК-диапазонов, внедрение технологии ионно-лучевой обработки асферических поверхностей и контроля асферики, внедрение технологии полировки связанным абразивом и изготовления дифракционных элементов, создание технологии изготовления оптических деталей на основе метаматериалов.

Комплекс астрономического оборудования «ТАЛ-Вега» предназначен для практических занятий по астрономии в начальных и средних образовательных учреждениях и может позиционироваться как система управления образовательным процессом по школьному курсу Астрономии.

Возможности комплекса:

• Автоматический поиск и слежение за небесными объектами
• Визуальное наблюдение небесных объектов
• Вывод изображения на внешний экран и мобильные устройства
• Дистанционное управление комплексом беспроводной связью Wi-Fi
• Многофункциональная монтировка для использования в астрономии, фотографии, создании роликов «Time-lapse»

Применение комплекса способствует более глубокому усвоению учеником теоретических знаний, прививает навыки ориентирования по звездному небу, поиску и идентификации небесных объектов, расширяет кругозор и т.д.

Решаемые учебные задачи:

• Общее знакомство со звездным небом
• Изучение Луны
• Изучение солнца и пятен на нем
• Изучение планет Солнечной системы и их спутников
• Изучение движения звезд и планет
• Изучение созвездий и объектов дальнего космоса
• Изучение движения звезд и планет

Данный комплекс также является хорошим подспорьем в учебном процессе школы не только в курсе астрономии, но и в курсе физики – как средство изучения оптических систем, поскольку прибор имеет модульную конструкцию и позволяет проводить его разборку и сборку без потери качества изображения.

Для обеспечения проведения наблюдения Солнца, телескопы в обязательном порядке оснащаются полноапертурным светофильтром.

"ТАЛ-Вега" представляет собой трубу телескопа-рефрактора, установленную на автоматизированной монтировке и металлической треноге. Тубус телескопа оснащается видеокамерой и модулем беспроводной связи с компьютером по WI-FI для передачи изображений и управляющих сигналов. В учебных классах на компьютер учителя устанавливается образовательно-коммуникативная платформа, предоставляющая удаленный доступ к телескопу.

Основные технические характеристики "ТАЛ-Вега" представлены в таблице 1.

Комплекс состоит из составных частей:

• Оптический тракт – высококачественный телескоп-рефрактор ТАЛ-75R (рис. 3) или ТАЛ-100RU;
• Блок слежения – универсальная многофункциональная альт-азимутальная монтировка для установки телескопа, фотокамеры или зрительной трубы весом до 4 килограмм;
• Стойка или тренога;
• Блок питания Optimus 12/2,0;
• Телевизионная камера ToupCam GCMOSO1200KPB;
• Дистанционное управление;
• Модуль отображения;
• Программное обеспечение.

Таблица 1

Основные технические характеристики

Стандартный комплект поставки «ТАЛ-Вега» указан в таблице 2.

Таблица 2

Комплектация

Оптическая труба является основной частью телескопа, в которой смонтированы оптические узлы: объектив и окулярный узел (рис. 2).

Рис. 2. Оптическая схема телескопа-рефрактора

Параллельный пучок лучей входит в трубу телескопа и с помощью ахроматического объектива проецируется в фокальную плоскость окуляра. Для удобства наблюдений окулярный узел повернут относительно оптической оси телескопа на 90 ° с помощью плоского диагонального зеркала. Использование диагонального зеркала дает прямое изображение объектов с их зеркальным отображением. Использование телескопа без диагонального зеркала дает перевернутое изображение объектов.

В стандартной комплектации к телескопу прилагаются окуляр, линза Барлоу и втулка, позволяющие рассматривать небесные объекты с разными увеличениями. В состав оптической трубы входит искатель, облегчающий поиск объектов на небе. Все поверхности линз покрыты многослойными просветляющими покрытиями. Окулярный узел включает в себя механизм фокусировки с окулярной трубкой. Механизм фокусировки фрикционного типа включает в себя ось с маховичками, с помощью которых перемещается окулярная трубка.

Рис. 3. Телескоп ТАЛ-75R установленный на настольную треногу

Основная особенность монтировки Sky-Watcher (рис. 4) – адаптер Wi-Fi SynScan GOTO, способный создать собственную изолированную сеть Wi-Fi. Благодаря этому к монтировке и системе компьютерного наведения можно подключать любой современный смартфон или планшет.

Рис. 4. Монтировка Sky-Watcher

Монтировка интересна еще и функцией Freedom Find – благодаря этой технологии не нужно выполнять повторное позиционирование телескопа после перехода с автоматического управления на ручное.

Рис. 5. Телевизионная камера

Телевизионная камера ToupCam GCMOSO1200KPB (рис. 5) предназначена для совместного использования с телескопом, имеющим фокусировщики стандартного диаметра - 1,25" (31,75 мм). Высокоскоростной интерфейс - USB2.0 обеспечивает непрерывный обмен данными между камерой телескопа и ПК. Вся поступающая информация в режиме реального времени отображается на экране монитора.

Камера позволяет документировать все свои наблюдения, создавая большой архив прекрасных снимков и видео объектов из мира звезд и планет. Камера может снимать видеоролики: 28 кадров в секунду и разрешением 1280х960 или 30 кадров в секунду с разрешением 640х480. Высокочувствительный сенсор с возможностью изменений настройки графики в режиме реального времени позволит подобрать оптимальные параметры для получаемого изображения.

Основные технические характеристики камеры ToupCam:

Сенсор – AR0130 (цветной)

Диагональ матрицы – 1 /3" (4,8 мм x 3,6 мм)

Размер пикселя - 3,75 х 3,75 мкм

Динамический диапазон – 85,3 дБ, соотношение сигнал/шум – 44 дБ

Количество кадров в секунду с разрешением: 28@1280x960 и 30@640x480

Экспозиция - 0,4мс ~ 15с

Возможность установки светофильтров 1,25"

Соответствует стандартам ASCOM

Поддерживается ОС Windows 10

Идеально подходит для гидирования (кабель в комплекте)

Интерфейс – USB 2.0

Для обеспечения устойчивого наблюдения небесных объектов тубусы телескопа оснащаются дополнительными фиксаторами фокусировки, опционально телескоп могут оснащаться дистанционным приводом фокусировки. Разработанный телескоп обеспечивает дистанционное проведение занятий из класса, вся информация между компьютером и телескопом передается по WiFi-каналу, через собственный маршрутизатор.

Схематичное соединение составных частей телескопа представлено на рисунке 6.

Рис. 6. Схема соединения составных частей телескопа

Изюминкой данного комплекса в качестве дальнейшего развития при масштабном использовании является рассосредоточенная сеть телескопов "ТАЛ-Вега" по стране, дистанционно управляемых из учебного класса. Например, ученики 3 класса учатся в первую смену. Темного неба в это время над ними нет. Они подключаются к телескопу посредством Интернета к телескопу в восточной части страны, где настал уже вечер, и проводят практическое занятие с освоением навыков обращения с телескопом и ориентирования по звездному небу, освоению небесной механики.

Здесь следует отметить, что к системе телескопов сможет подключиться любой человек, имеющий дома Интернет и компьютер. И оказывать посильную помощь науке:

• отслеживать движения астероидов.
• открывать новые кометы
• следить за космическим мусором
• и т.д.