隨星而動：談望遠鏡的轉儀鐘

望遠鏡的轉儀鐘，是驅動望遠鏡以天體周日運動的速度繞極軸旋轉的機械轉動裝置。19世紀時，儀器轉動的動力由重錘或發條給出，儀器速度的恒定也是靠機械離心調速來達到。現代的大型望遠鏡或普及型望遠鏡一般都采用各式的電機驅動，經過變速而達到恒動的目的。為了取得一張理想的天體攝影作品，高精度的望遠鏡驅動系統——轉儀鐘是必不可少的。因為一個暗弱天體的拍攝往往需要數分鐘、數十分鐘乃至幾小時的跟蹤，還要考慮極軸調整誤差、蒙氣差等因素，另外對赤經和赤緯的微調也有較高的要求。如果是較高級的天文望遠鏡，還包括赤經和赤緯的快動、慢動及微動。

望遠鏡的赤經傳動和赤緯傳動指標一般是：

在普及型望遠鏡中，為了簡化電控系統，廠家常常把電動快動設計成200′／min～450′／min。這樣的設計往往被用于步進電機單電機的驅動中。

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

在普及型望遠鏡中，直流電機、同步電機以及步進電機為經常采用的動力源。而在大型望遠鏡中多采用力矩機，電控系統相當復雜。

下面介紹轉儀鐘的驅動系統：

直流電機驅動方式

由于小型直流電機可以直接用干電池及蓄電池作為電源供給，且以十分簡單的方法就可以達到速度的改變。所以一般用于許多精度要求不高的小型天文望遠鏡。另外，市場上很容易買到的錄音機電機經過一些處理也能應用。此類驅動方式總是把快動做成手動。直流電機驅動的轉儀鐘僅作為恒動，也有做成可電動微調，很方便。但小型直流電機的轉速會隨著轉速力矩的改變或電源電壓的波動而改變，且用簡單的電控穩速不易，往往使跟蹤精度不高。對于中型望遠鏡采用直流電機作為動力源，輸出力矩較大，傳動平穩。穩速線路采用測速發電機或光柵編碼器等作為反饋元件來穩速，再加上直流電機較易調速的特性，在要求較高的普及型望遠鏡中也有采用。相對來講，這種系統的造價較高，控制系統也比較復雜。

交流同步電機驅動方式

交流同步電機驅動系統是一種可以用較簡單的電控系統，提供穩定的工作頻率而使穩速精度十分高的一種望遠鏡驅動系統，不必附加任何反饋元件。對于要求不十分高的望遠鏡轉儀鐘，可以直接用交流50赫茲市電驅動。對于要求較高的系統，采用高精度的石英振蕩器。經過多次分頻成電機的驅動頻率，再進行功放后驅動電機，也可以微量變化頻率而改變電機轉速。例如對于50赫茲電機，可以用40赫茲或60赫茲頻率來驅動以達到望遠鏡微動的目的。

但是交流同步電機因頻率變化值十分有限，而不能使望遠鏡達到慢動和快動，給觀測帶來不便。多速同步電機較方便地解決了望遠鏡的慢動問題，因此，同步電機驅動系統僅能完成慢動、恒動及微動。至于快動。只能用手動或其他差分電機傳動而達到。同步電機驅動平穩，噪音小，電控系統較可靠、方便，但由于其不能大幅度變速而影響擴大使用度。

步進電機驅動方式

步進電機以其高穩速、大變速范圍而越來越廣泛地用于望遠鏡驅動系統，特別在計算機(或單片機)控制系統中，步進電機的優越性更能廣泛體現。在特殊設計后，步進電機的變速范圍可達5400倍，且沒有直流電機變速后力矩改變的缺點，可以用一只電機來完成望遠鏡的快動、恒動、慢動及微動。

步進電機驅動方式也是依靠晶體分頻(或計算機軟件分頻)加功放后驅動電機。分頻的精度及步進電機的“步”，直接決定了精度。隨著電子技術的不斷發展，步進電機驅動電控系統原有的一些劣勢，如驅動電控系統復雜、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，步進電機也應用越來越廣。但步進電機由于是“一步一步”地走，而不是像其他電機那樣連續轉動，因此噪聲較大，而且在分頻不夠的情況下望遠鏡會有震動。現在用步矩角細分的方法，使步進電機跟蹤趨于平穩。小型步進電機還可以采用十分簡單的線路來達到跟蹤要求及變速要求。KP150M馬克蘇托夫折反射望遠鏡成功地采用步進電機驅動，而且在戶外可以用蓄電池驅動。

當然，還有其他驅動方式可以用于天文望遠鏡的驅動，特別在赤緯傳動中，交直流伺服電機系統、交流變頻調速異步電機系統等都可以被采用。