Вряд ли найдется человек, которому удалось бы уйти от наивных «почему?» касательно размеров телескопа. Действительно, почему 5 м, почему 6? Почему не 10, не 15, не 50? Почему нельзя построить гигантское зеркало размером со стадион? Например, сварить его из полированных металлических листов, подобно тому как мы свариваем корпуса супертанкеров?

Ответ на эти «почему?» во всех случаях должен начинаться с напоминания: телескоп — прибор оптический, его линзы или зеркала должны сфокусировать, собрать в точку не что иное, как свет, т. е. электромагнитные колебания с длиной волны меньше стотысячной доли миллиметра. Значит, еще меньше должны быть неровности на поверхности зеркала — морская волна легко перекатывается через небольшие камешки, не замечая их, но разбивается в брызги, наткнувшись на скалу, соизмеримую с длиной волны. Не должны выходить за пределы ничтожных долей миллиметра и изменения формы зеркала, например, из-за перераспределения механической нагрузки при повороте трубы телескопа или из-за перепадов температуры.

Заманчивая идея большого металлического зеркала проваливается с треском после того, как прикинешь, что при изменении температуры всего на 1 °C размеры пятиметрового металлического зеркала изменятся на совершенно недопустимую величину — на доли миллиметра. Температурная стабильность — одно из решающих «за» в пользу больших зеркал из особых сортов стекла. А необходимость с высочайшей точностью сохранять геометрию зеркала — одно из основных препятствий на пути создания крупных телескопов. Современный телескоп — это не просто подзорная труба, это высокоточный измерительный инструмент, ему прежде всего нужно верить.

Многие проблемы, которые приходится решать телескопостроителям, скрыты за спокойными терминами их профессионального словаря. Вот некоторые из них.

«Разгрузка зеркала» — нужно создать такие механизмы крепления зеркала, чтобы при его повороте точно перераспределяло огромный вес и не возникло заметных механических деформаций.

«Монтировка телескопа» — Земля движется по своей орбите и вращается вокруг своей оси, а поэтому движется и звездное небо над головой наблюдателя. И нужно найти способ установки трубы телескопа, найти такую его монтировку (основание с системой осей), чтобы можно было неотступно следовать за звездой, — ее изображение должно оставаться неподвижным на фотопластинке, на входе спектрографа или в поле зрения телевизионной камеры.

«Система управления» — когда-то наблюдатель вручную поворачивал свой сравнительно небольшой телескоп, следуя за звездой; в таком гиганте, как БТА, только электроника может справиться с этой задачей; система гидирования (ведения) БТА — это вспомогательный телескоп, в который всматривается передающая телевизионная камера; она направляет информацию в электронную вычислительную машину, и та уже управляет системой электропривода. Возможен и такой режим: ЭВМ сама управляет телескопом, без гида, вычисляя координаты точки, куда нужно навести трубу.

«Отлив заготовки» — технология отлива главного зеркала БТА была выбрана из 11 предложенных вариантов; был построен специальный цех со сложной печью, платиновыми трубопроводами, мостовыми кранами; технологический процесс отрабатывался на экспериментальной отливке.

«Отжиг заготовки» — этот процесс длился 2 года и 6 дней, все это время автоматика с высокой точностью выдерживала заданные режимы нагрева и охлаждения стекла; в некоторые периоды охлаждение шло со скоростью 0,03 °C в час.

«Обработка заготовки» — она велась алмазным инструментом на специально построенном карусельном станке КУ-158; в общей сложности был удален припуск массой около 28 т; наиболее сложными были операции полирования и шлифовки, связанные с получением нужной параболической поверхности, обработка зеркала длилась несколько лет, она прерывалась для тщательного контроля форм поверхности, совершенствования оборудования; огромный труд коллектива оптиков завершился в середине 1974 г.

«Имитатор зеркала» — это железобетонный диск с размерами и массой главного зеркала; имитатор использовался при предварительной сборке телескопов и для генеральной репетиции перевозки главного зеркала с Лыткаринского завода оптического стекла (Московская область) к месту установки в САО.

«Алюминирование» — огромное шестиметровое стекло стало зеркалом БТА только после того, как его покрыли тончайшим слоем алюминия. Толщина покрытия 0,0001 мм, разница в толщине слоя не более 0,000 008 мм. Вакуумная камера для напыления металла находится под куполом самой башни телескопа — алюминиевое покрытие приходится периодически обновлять. Любопытная подробность, которая, возможно, осталась незамеченной: алюминируется верхняя, параболическая поверхность зеркала и, таким образом, основное, казалось бы, свойство стекла— прозрачность — вообще не используется. Стекло как материал для зеркала в данном случае выбрано совсем за другие его качества, прежде всего за сравнительно малый температурный коэффициент расширения.

«Аттестация» — в течение нескольких месяцев комиссия из компетентных специалистов, назначенных Академией наук, заводами-изготовителями и разработчиками телескопа, тщательно исследовала все характеристики главного зеркала; для аттестации зеркала БТА был разработан комплекс методов, взаимно дополняющих друг друга, и комплекс высокоточных приборов, таких, как неравноплечный лазерный интерферометр, специальные фотометры, корректоры, теневые приборы; были проведены теоретические исследования методов контроля, разработан математический аппарат для оценки результатов.

Уникальный телескоп БТА создавали многие научные коллективы, многие предприятия страны, головной организацией было Ленинградское оптико-механическое объединение — ЛОМО.

Создателям БТА пришлось заново решать многие конструкторские, технологические, производственные, организационные задания, много раз приходилось переходить границу неизвестного. О некоторых деталях этой огромной работы рассказывает главный конструктор телескопа, лауреат Ленинской премии, доктор технических наук Баграт Константинович Иоаннисиани:

— Рассказывая о разработке и создании БТА, часто приходится произносить слово «впервые» — многие задачи конструкторам и технологам до этого вообще не приходилось решать, принятые решения не имеют аналогов, другие в мировой практике решались совсем по-иному. Ну и, наконец, размеры инструмента придавали любой проблеме новое качество.

Возьмем, к примеру, монтировку. До сих пор для крупных телескопов всегда выбиралась только экваториальная монтировка, при которой ось инструмента параллельна земной оси, т. е. во всех случаях, для всех мест установки телескопа, кроме полюсов Земли, его ось располагается наклонно. Достоинства такой монтировки — при отслеживании звезды труба телескопа совершает сравнительно несложное вращательное движение. Для БТА была выбрана азимутальная монтировка, точнее, одна из ее разновидностей — альтазимутальная. Этот выбор настолько важен, что система монтировки вошла в название самого телескопа — БТА означает «большой телескоп азимутальный».

При азимутальной монтировке резко упрощается конструкция телескопа, так как его ось перпендикулярна земной поверхности, иначе говоря, инструмент стоит вертикально, стоит на земле. При этом, правда, отслеживая звезду, приходится выполнять очень сложное перемещение трубы телескопа, одновременно поворачивая ее вокруг двух взаимно перпендикулярных осей — вертикальной и горизонтальной. Только современные электронные системы, включая быстродействующие ЭВМ, позволили решить эту задачу и тем самым сделали азимутальную монтировку реальностью. А она в свою очередь сделала простой и изящной кинематическую схему телескопа, его конструкция стала жесткой, симметричной, компактной, резко улучшились условия разгрузки главного зеркала.

Основную нагрузку шестисоттонной подвижной части (это добрых полтора десятка товарных вагонов) взяли на себя масляные подшипники. Подвижная часть инструмента — труба с главным зеркалом и другой оснасткой — как бы плавает на масляной пленке толщиной 0,15—0,18 мм. Систему подвеса трубы характеризуют такие цифры: чтобы повернуть всю эту махину, достаточно небольших усилий одного человека (при длине рычага 6 м). Для вращения трубы используются уникальные червячные пары (диаметр червячного колеса—5,6 м), которые и при чрезвычайно малых скоростях (1 оборот за 3 месяца) обеспечивают высокую плавность движения. В сочетании с совершенной электроникой все это позволяет автоматически навести телескоп в заданную точку с точностью до нескольких угловых секунд и отслеживать звезду с точностью до 0,1" (под таким углом видна копейка с расстояния 20 км).