Opravy, modernizace

Velké astronomické dalekohledy patří k nejsložitějším přístrojům, jaké lidé v dané době postavili; přesné nastavení na dané místo na obloze, pomalý a plynulý hodinový pohyb sledující zkoumaný objekt po dlouhou dobu - a to všechno při značných rozměrech a hmotnostech. Není divu, že takové přístroje byly vždy na špici technického vývoje.

Tak velké a složité přístroje samozřejmě vyžadují trvalou údržbu a čas od času i nákladnou a složitou modernizaci. Lze zhruba říci, že optika prakticky nestárne, mechanika stárne na škále mnoha desetiletí, zatímco elektronika zastarává zhruba každých deset až patnáct let. Těmto časovým škálám pak odpovídá i frekvence modernizací.

Kromě toho se u každého takového přístroje mohou vyskytnout (a také se vyskytují) technické závady, poruchy, ba i havárie. Nic z toho se nevyhnulo ani ondřejovskému dalekohledu.

V minulosti došlo k několika závadám. K nezávažnějším patřila porucha hydraulického ložiska v roce 1969, která se navenek projevila výtokem oleje na jednom místě podpůrného polštáře. Nejprve se zdálo, že vrstva ložiskové kompozice, která je nalita na dosedací plochu polštářů, byla špatně spojena s podkladem.

Bylo to těsně (jen několik týdnů) po uplynutí dvouleté záruky, kterou firma Zeiss na dalekohled poskytla. Avšak vzhledem k závažnosti poruchy a vzhledem k tomu, že zjevně se jednalo o konstrukční vadu, firma Zeiss provedla opravu ještě v režimu záruky.

Jak se taková závada mohla vyskytnout tak rychle po uvedení do provozu - za pouhé dva roky (bez ohledu na to, zda to byla skutečná příčina poruchy či nikoliv)?

Hodinová osa dalekohledu je vlastně hřídel pro Kaplanovu turbínu. Tomu odpovídají i podpůrné polštáře. Hřídel Kaplanovy turbíny musí být svislá, a tedy vyžaduje tři podpůrné polštáře, geometricky ve vrcholech rovnostranného trojúhelníka, zatímco hodinová osa dalekohledu je skloněna - namířena na severní světový pól, takže vyžaduje pouze dva polštáře, geometricky 120^o od sebe vůči té ose. Důležité však je, že Kaplanova turbína se otáčí rychle, zatímco dalekohled se pohybuje velice pomalu (hodinový pohyb se děje rychlostí jedné otáčky za 24 hodin, zatímco rychlý pohyb má rychlost 90^o/min). Použitá cínoolověná kompozice na podpůrném polštáři se pro pomalý pohyb naprosto nehodila a proto mohlo snadno dojít k jejímu odtržení od kovového podkladu. Navíc je měkká, takže dalekohled dosedá plnou vahou na tuto kompozici (zvedá se z ní jenom při pozorování), takže ji může pomaloučku "rozmačkávat".

Při podrobné prohlídce dalekohledu se však ukázalo, že skutečná příčina je daleko hlubší. Došlo sice doopravdy k odtržení kompozice od podkladu, ale z jiných důvodů. Olejový systém byl totiž řešen tak, že jeho součástí byl tlakový rezervoár. Ten měl být za klidového stavu plný vzduchu. Po zapnutí čerpadla se vzduch s přibývajícím množstvím oleje stlačoval a vytvářel tak tlakovou rezervu použitelnou samočinně v případě náhlého přerušení dodávky elektrického proudu nebo havarijního vypnutí. V tomto případě mělo být množství stlačeného vzduchu takové, aby až do zastavení dalekohledu se vytlačovalo do ložiska dostatečné množství oleje. Skutečnost však byla jiná. Po několika desítkách hodin provozu vzduch z tlakové láhve difundoval do oleje, takže v láhvi pak žádný nebyl. Při náhlém přerušení dodávky elektrického proudu se pak ložisko (patrně opakovaně) pohybovalo na sucho a v důsledku toho povolila kompozitová vrstva v místě nejhoršího spojení a objevila se popsaná závada.

Oprava nebyla jednoduchá, protože bylo nutno odlehčit ložisko, které, jak už víme, nese váhu přibližně jedné lokomotivy. (Alternativou by byla úplná demontáž dalekohledu (tj. sehnat a postavit derrick, halu na uložení tubusu atd. atd. a nakonec kompletní justáž všech systémů). Pracovníci firmy Zeiss museli vymyslet postup opravy a vyrobit potřebné mechanické pomůcky.

S ohledem na konstrukci jižního konce hodinové osy (omezení vyklápěcího ložiska) bylo možno zvednout dalekohled jenom o 25 mm a v takto stísněném prostoru byla vykonána oprava. K nadzvednutí dalekohledu použili pracovníci Zeisse speciálně upravený zvedák na lokomotivy.

Vlastní oprava spočívala v odstranění poškozené části kompozice, nalití nové vrstvy na poškozené místo a zaškrábání do kulového tvaru. Přes velice omezený prostor se oprava podařila na první pokus.

Poté došlo ještě k nahrazení původní tlakové láhve novým zásobníkem o objemu 10 litrů. Ten obsahuje dusík (nikoliv vzduch), a především je plyn od oleje oddělen gumovou membránou, takže nemůže dojít k opětovné difúzi plynu do oleje. Nový systém pracuje již zcela spolehlivě.

Za zmínku stojí, že hledání řešení a výroba pomocných mechanických pomůcek trvala 3/4 roku, zatímco vlastní oprava byla hotová za 3 týdny.

Během pozorování docházelo k dejustáži optických os dalekohledu a pointeru jednak deformacemi tubusu vlastní vahou a jednak pohybem zrcadla na úložných bodech. Závadu se podařilo odstranit tak, že bylo změněno působiště reakcí úložných bodů. Zrcadlo při pohybu dalekohledu vykonává pohyb, který dosti dobře kompenzuje průhyb tubusu. Dále byla provedena úprava tlačných tyčí, které udržují zrcadlo v justované poloze a konečně došlo k úpravě poměrů ve spojovacích přírubách tubusu vložením podložek, takže nyní se jedná o předpjatá spojení zaručující vyšší tuhost tubusu.

Havárie hydrostatického ložiska v roce 1969 vyvolala velkou debatu: došlo-li k poškození kompozitní vrstvy na jednom místě, není hydrostatické ložisko poškozené celé? Netiká v něm nějaká skrytá časovaná bomba?

Postupem let začaly problémy narůstat:

Nebyly k dispozici náhradní díly na řídící elektroniku. Řídící systém byl navrhován kolem roku 1963, v době "přechodu" od elektronek k polovodičům.

Dalekohled byl ovládán pomocí selsynů. Ty umožňovaly najet na vybranou polohu s přesností cca 20 až 30''. Při pozorování v coudé ohnisku bylo obtížné dohledat hvězdu, která měla být pozorována. Jak se postupně vyvíjel pozorovací program dalekohledu od pozorování v primárním a Cassegrainově ohnisku směrem k pozorování v coudé, začala tato konstrukční vlastnost řídícího systému vadit více a více. Přitom v sedmdesátých letech již byla k dispozici inkrementální a absolutní čidla.

Elektrické kabely, které vedou hodinovou osou dalekohledu, měly gumovou izolaci. Síra v gumě korodovala měděné kabely.

Při dojezdu dalekohledu na hvězdu docházelo k "zakmitání" sem a tam. Pro tento jev nebylo vysvětlení.

Několikrát se přestřihl pojistný ocelový kolík na deklinační ose - pohonný motor překonával velký mechanický odpor. Ani pro tento jev nebylo (v té době) vysvětlení.

Při debatách o opravách, k nimž muselo dříve či později dojít, se uvažovalo i o celkové modernizaci dalekohledu. Například o náhradě původního relátkového řídícího systému. Firma Zeiss sama nevyvíjela vlastní ovládací elektroniku, ale spolupracovala s maďarskou firmou VILATI.

Diskutovalo se i o úpravě štěrbinové hlavy coudé spektrografu. Ta obsahovala optomechanické prvky nutné pro pořizování spekter a pro automatickou pointaci: derotátor zorného pole (dalekohled se pohybuje kolem hodinové osy, zatímco coudé spektrograf je pevný, takže dochází k rotaci zorného pole), rozšiřovací hranol (aby stopa spektra hvězdy na fotografické desce nebyla příliš úzká, a polopropustné zrcátko, které část světla odvádělo k zařízení na automatickou pointaci. Všechny tyto prvky byly uspořádány tak nešťastně, že jen obtížně bylo možné provádět jakoukoliv justáž.

První návrh byl podán v roce 1975, Akademie věd schválila projekt v roce 1977 - definitivní potvrzení o uvolnění peněz bylo datováno k 1.3.1977 a oznámení na Astronomický ústav o uvolnění dotace bylo datováno k 6. dubnu 1977. Smlouva mezi Astronomickým ústavem a firmou Zeiss byla podepsána 19.5.1977. Přitom se jednalo (jak je zmíněno výše) i o modernizaci řídícího systému, který provedla firma VILATI z Maďarska. Ta však byla subdodavatelem firmy Zeiss, tedy smlouva byla pouze mezi AsÚ a Zeissem.

Modernizace byla naplánována na roky 1980 a 1981. Tento termín byl velmi rychle označen za nerealistický a byl posunut na roky 1981 až 1984 (i to se pak ukázalo z důvodů různých závad a poruch nezvládnutelné). Původní cena byla 14 milionů korun (po 7 milionech na každý rok), ale brzy se ukázalo, že to je nepřiměřeně nízká hodnota. Důvodem byla firma VILATI, která nakoupila licence na (tehdy) nejmodernější technologie v kapitalistických státech (USA, Itálie, Švýcarsko).

Opravy si vyžádaly úplnou demontáž dalekohledu. Nešlo jen o prohlídku polštářů hodinové osy (viz. havárie v roce 1969), ale i o natažení nové kabeláže - tentokrát s plastovou izolací. Protože kabely jsou vedeny ve dvojitém plášti hodinové osy, tak nebylo možné je vyjmout a vyměnit bez demontáže dalekohledu. Konečně třetím důvodem demontáže dalekohledu byla čidla pozice (od firmy Heidenhain), pro něž bylo nutné nasadit na hodinovou i deklinační osu "kroužky" či "prstence", pomocí nichž by čidla mohla udávat přesnou pozici dalekohledu. Tedy každý z těchto zásahů, nezávisle na sobě, by vyžadoval úplnou demontáž.

Na volném prostranství mezi provozní budovou a kopulí byl postaven plechový "hangár", do něhož byl uložen tubus dalekohledu. Demontáž proběhla ve dnech 17.9.-26.10.1983; k demontáži byl použit jeřáb Goliáš 40t.

Jeřáb použitý k demontáži dalekohledu.

Při demontáži dalekohledu byla natažena nová kabeláž v hodinové ose (jak je o tom zmínka výše), rozběhla se modernizace elektroniky a došlo ke kontrole ložisek v obou osách. Popišme si jednotlivé úpravy.

Modernizace elektroniky: inkrementální čidla Heidenhain, VILATI aj.

Jak už bylo řečeno, nový řídící systém dodala firma VILATI, protože Zeiss nevyvíjel vlastní elektroniku.

Současně (i o tom již byla zmínka) se měl měnit i systém navádění dalekohledu. Na místo selsynů měla přijít moderní inkrementální čidla. Vznikl ovšem problém, jak je napojit na obrovské osy - hodinovou i deklinační. Původní návrh byl, napojit je na velká ozubená kola, jež byla součástí původního selsynového řízení. To by však nebylo dostatečně přesné, takže by ve výsledku nebyl žádný profit. Bylo tedy rozhodnuto nasadit na osy ocelový prstenec a na něj třecím převodem ocel na ocel napojit inkrementální čidla. Hledalo se tedy vhodné místo, kam ty velké ocelové prstence nasadit. Na hodinové ose nakonec technici zvolili místo těsně pod sférickou částí horní části hodinové osy.

Co se týka vlastních inkrementálních čidel, byla zvolena čidla firmy Heidenhain

Úprava ložiska hodinové osy

Při vyjmutí hydrostatického ložiska se ukázalo, že obavy byly oprávněné. Cínoolověná kompozice byla skutečně poškozena, takže hrozily další a další havárie na dalších a dalších místech ložiska. Firma Zeiss dodala nové segmenty, tentokrát bronzové. Přitom se nejedná o bronzovou kompozici na ocelovém podkladu, ale o celobronzový odlitek. Životnost takového ložiska je mnohonásobně delší. Tyto nové prvky slouží na dalekohledu dosud.

Poznámka: Po zkušenostech s opravou hydrostatického ložiska v Ondřejově jsou všechny další dalekohledy od firmy Zeiss (například sesterský dalekohled na Roženu v Bulharsku) postaveny tak, že polštáře lze vyměnit bez demontáže dalekohledu. Je to příklad toho, jak šéfkonstruktér Alfred Jensch dokázal pružně reagovat na všechny podněty a zkušenosti.

Oprava ložiska deklinační osy

Deklinační domek byl odvezen do Jeny, aby tam v dílnách firmy Zeiss nasadili na osu "prstenec" či "kroužek" pro čidlo Heidenhain. Při zpětné montáži se nečekaně ukázalo, že ložisko deklinační osy (jednalo se o soudečkové ložisko) klade 10x větší mechanický odpor než by měl být. Tím byly vysvětleny výše zmíněné mechanické potíže s deklinační osou, například stříhání jistících ocelových kolíků.

Pracovníci firmy Zeiss přerušili montáž deklinačního domečku a povolali techniky z Ondřejova, mimo jiné vrchního technika ing. Zichu, ke konzultacím. Rozhodli se ložisko vyjmout a odvézt na prohlídku do Agrozetu Brno, kde je prohlédli odborníci. Avšak nezjistili žádné viditelné poškození. Bohužel, přístroj pro přesné proměření celého ložiska nebyl technikům k dispozici (z důvodu rozměru ložiska). Skutečnou příčinu mechanického odporu se nepodařilo zjistit.

Po dalších diskusích se nepodařilo najít jiné řešení než výměna ložiska. Současně bylo rozhodnuto nahradit soudečkové ložisko ložiskem křížovým válečkovým. Je třeba připomenout, že ložisko v deklinačním domečku nese celou váhu tubusu (33t ve vzdálenosti od těžiště cca 2m) jen na jedné straně, takže musí snést obrovský klopný moment.

Byl jediný vhodný dodavatel: ZVL (Závod valivých ložisiek) Žilina. Tento závod dodával dva typy ložisek: přesnější (používaly se pro výrobu otočných stolů na výrobu karuselů a také pro výrobu tankových věží) a méně přesné (pro uložení točen bagrů, jeřábů apod.). Bylo rozhodnuto zvolit přesné ložisko. Vhodný rozměr však nebyl k dispozici. Zasáhla však náhoda. Ve skladech objevili výkovky, ze kterých se ložisko dalo složit, byť ne v úplně přesně požadovaném, avšak přijatelném rozměru.

Toto ložisko bylo schopné unést ten výše zmíněný extrémní klopný moment samo. Avšak technici se rozhodli zabudovat na deklinační osu ještě jedno ložisko, válečkové, na kterém je předpětí. Celý mechanizmus tak nemá "mrtvý chod".

Nevýhodou této konstrukce byla tuhost. Výsledná tuhost je asi 3x horší než původní. Naštěstí se jedná o pružné deformace, které lze reprodukovat. Na obloze se proměří síť bodů, "kam dalekohled myslí, že míří, a kam opravdu míří" a na základě toho jeden z pracovníků stelárního oddělení, Petr Hadrava, spočítal deformovanou souřadnicovou síť.

Již 15.12.1983 předvedli pracovníci firmy Zeiss pohyby dalekohledu po výměně ložiska, ale chování v deklinační ose bylo neuspokojivé. Tím byla vlastně odstartována vlna nekonečných technických problémů, které podstatně prodloužily odstávku dalekohledu.