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Melhorias na Montagem SkyView Pro (SVP) para Astrofotografia

Introdução

A montagem Orion Skyview Pro é vendida Pela Orion dos EUA e fabricada pela chinesa Synta. É uma típica montagem clone da venerável Vixen GP japonesa, assim como as montagens CG5 da celstron, EQ5 da SkyWatcher ou LXD55 da Meade. Todas essas montagens citadas se enquadram na mesma categoria de peso, precisão e custo. Não são montagens de alta precisão indicadas para astrofotografia, como as montagens da mesma categoria como a Vixen GP-DX, Losmandy GM-8 ou Takahashi EM-10. Porém muitos amadores que desejam praticar astrofotografia de baixo custo dentro de uma certa limitação utilizam as montagens clone da GP com algum sucesso através de melhorias mecânicas e eletrônicas. Contudo, mesmo com melhorias, dificilmente irão se equiparar a montagens de alto nível como EM-10 ou GP-DX. Limitando-se a astrofotografia em piggyback ou mesmo foco primário em telescópios de distâncias focais curtas, exposições de poucas dezenas de segundos e processadas posteriormente via computador. Sendo que nessa última categoria através de mecanismos como Autoguiding ou PEC.

Conceitos Básicos

As duas características mais importantes em uma montagem equatorial de precisão para astrofotografia são: Erro Periódico (PE) e Carga Máxima. Não estou aqui me referindo a funções como motorização, PEC ou mesmo Autoguiding. Essas últimas características devem estar presentes em qualquer montagem que se deseja fazer astrofotografia CCD de longa exposição. A motorização é básica, pois sem ela não é possível que a montagem acompanhe o movimento aparente dos astros e qualquer tentativa irá falhar, salvo em objetos de alto brilho como planetas e lua, que não precisam de longos tempos de exposição para serem fotografados, tanto em CCD com em película. Funções como PEC e Autoguiding também são muito importantes, salvo em fotografias em película onde é possível fazer a guiagem manual através de um retículo iluminado em distâncias focais médias. Porém, para astrofotografia CCD, a guiagem manual fica praticamente inviabilizada e mecanismos como Autoguiding são fundamentais até em montagens de mais alto nível. Pois mesmo essas montagens não apresentam um desempenho de acompanhamento adequado a astrofotografia CCD em distâncias focais médias ou grandes durante um longo tempo de integração. Sendo necessária a utilização de Autoguiding para efetuar a correção em tempo real do acompanhamento.

Outra característica importante, mas não imprescindível é o chamado GOTO. Muitas montagens de alto nível como Takahashi ou Losmandy somente agregam essa função em uma versão bem mais cara da montagem da mesma montagem. O GOTO é importante quando se deseja agilizar o mecanismo de busca, porém de nada adianta conseguir achar o objeto de interesse rapidamente se a montagem não será capaz de fotografá-lo com sucesso. Desta maneira, o GOTO não é fundamental à astrofotografia. Mas um importante acessório.

Em termos de Carga Máxima, as montagens variam enormemente de capacidade. Sendo que para cada configuração (telescópio, câmera, etc), deve-se escolher a montagem mais adequada. Por sua vez, o Erro Periódico (PE) indica o grau de precisão de uma montagem equatorial ao acompanhar um determinado objeto. O Erro Periódico é medido em segundos de arco e corresponde à variação máxima de acompanhamento num período equivalente a passagem de um dente da coroa pelo sem-fim. Essa variação se repete de maneira periódica a cada passagem de um dente da coroa no sem-fim. Não existe acompanhamento perfeito. Toda montagem, seja barata ou cara, vai apresentar um comportamento semelhante: tomando um objeto como referência, esse irá deslocar-se no sentido Leste-Oeste e Oeste-Leste (eixo RA) de maneira cíclica. O valor desse deslocamento, tanto para Leste como para Oeste, compõem o erro periódico.

No caso da SVP, o período de passagem de um dente da cora pelo sem-fim é de 10 minutos. Esse valor é obtido dividindo se o total de minutos no dia pelo número de dentes da coroa (144). Ou seja, 24*60 / 144 = 10 minutos.

O gráfico abaixo corresponde aos erros de acompanhamento nos eixos RA e DEC. Observe que somente o eixo de RA apresenta um comportamento irregular. Esse comportamentoé originado por imprecisões mecânicas principalmente no conjunto cora e sem-fim. Pelo gráfico, nota-se que o Erro Periódico fica em torno de +- 20 segundos de arco. O deslocamento em rampa no eixo de Ascenção Reta se deve a uma diferença constante na velocidade do motor de RA e o deslocamento em rampa no eixo de Declinação se deve a falta de alinhamento polar preciso.

O valor do Erro Periódico apresenta uma certa regularidade entre os diversos modelos de montagens de um determinado fabricante. Sendo que existe uma tendência nos modelos de mais alta capacidade deste mesmo fabricante apresentarem uma performance de acompanhamento ligeiramente superior (PE menor). Existe também uma grande separação entre as montagens de baixo custo, geralmente chinesas, e as montagens de alto nível. Montagens de baixo custo apresentam um erro de acompanhamento na ordem de +-30 ou +-40 segundos de arco. Montagens bem melhores já apresentam erros na ordem de +-10 ou +- 15 segundos de arco. Montagens excepcionais atingem erros na ordem de +-4 arcos de segundos ou ligeiramente menores. Porém, algumas configurações para astrofotografia exigem precisões na ordem de +-2 segundos de arco. Desta maneira, mesmo as montagens de alto nível ainda vão precisar de uma certa ajuda do Autoguiding. Erros menores do que +- 2 segundos de arco não são considerados viáveis na prática por motivos como a turbulência atmosférica a não ser em lugares de condições atmosféricas excelentes. No seguinte endereço http://www.astrosurf.com/demeautis/ep/pe.htm existe uma comparação muito interessante dos erros periódicos de diversas montagens. Observe que as montagens "consideradas" boas como as da Meade apresentam PE relativamente altos.

Em que Categoria se Encaixa a SVP?

A montagem SkyView Pro , assim como todas as montagens clone GP (CG5, EQ5 ou LXD55), se enquadram na categoria mais leve de montagens consideradas úteis a astrofotografia. É possível utilizar montagens mais leves como a EQ3 em técnicas que não demandam muito da montagem, como piggyback. Porém, quando se fala em montagem para astrofotografia, são consideradas montagens da classe GP para cima. Essa categoria possui um valor de carga máxima em torno de 10kg para observação visual e algo em torno de 7kg ou menos para astrofotografia. Porém, isso não é regra geral e encontramos alguns exemplos na Internet onde essa regra não é respeita. A carga máxima compreende tudo que a montagem vai suportar, como o tubo do telescopio, câmera fotográfica (ou CCD), telescópio guia, adaptadores, etc. O Erro Periódico dessas montagens ficam na casa dos +-25 a +-30 segundos de arco.

Nessa mesma categoria, com uma capacidade ligeiramente maior de carga máxima e Erros Periódicos em torno de +- 15 segundos de arco ou menos, temos as montagens consideradas de primeira linha, como a Vixen GP-DX, a Losmandy G-8 e a Takahashi EM-10. A Vixen ainda possui duas versões da montagem: a GP e a GP-E. Sendo que a GP é empregada para astrofotografia com algum sucesso (mais sucesso que as versões chinesas) e a GP-E é considerada somente para uso visual.

O que posso fazer para melhorar a minha SVP?

A fim de melhorar as características de acompanhamento da SkyView Pro ou similares como a CG-5, EQ5 ou LXD55, deve-se proceder a alguns procedimentos já altamente documentados e encontrados na Internet. As modificações que eu fiz na minha SVP podem ser divididas em 3 grupos:

1) Melhorias nos componentes mecânicos

2) Instalação do Autostar 497 (Autoguiding, PEC e GOTO)

3) Instalação de um nível de bolha

Melhorias nos Componentes Mecânicos

O passo relativo a melhoria dos componentes mecânicos já é bastante documentado na Internet. A fonte de informação mais conhecida a respeito é o site Astronomy Boy http://www.astronomyboy.com/cg5/ (O site fala da CG5, mas pode ser estendido a SVP). Sobre a montagem LXD55 temos o site http://lxd55.com/. Melhorias específicas na montagem SkyView Pro também podem ser encontradas no site do Andy´s ShotGlass http://www.andysshotglass.com/ em excelente artigos audiovisuais.

Como essas modificações já estão bem documentadas nesses sites, vou fazer apenas um greve resumo:

  1. Remoção da graxa original de fábrica por uma de melhor qualidade. Recomenda-se a utilização da graxa de Lítio ou naval. Uma boa parte do atrito interno da montagem é causada pela graxa chinesa negra de má qualidade, que até mesmo se assemelha a um tipo de "cola". Após a remoção e substituição dessa graxa, é observado uma redução significativa do atrito de movimentação nos eixos de RA e DEC;
  2. Substituição do o-ring de borracha original de fábrica por um anel de nylon. O conjunto do sem-fim é o componente da montagem responsável pela maior parte do Erro Periódico. Na montagem original, o o-ring de borracha sofre uma série de compressões e extensões à medida que o sem-fim está girando. Isso causa um deslocamento longitudinal do sem-fim ocasionando um aumento no Erro Periódico da montagem. No caso da minha SVP, ao invés de utilizar anéis de nylon, foram utilizados rolamentos
  3. Polimento das superfícies deslizantes internas da montagem. Feito através de uma lixa d´água muito fina nas superfícies metálicas à fim de reduzir o atrito e eliminar irregularidades. Deve-se prestar muita atenção em não danificar elementos como o sem-fim e a coroa. Pequenas alterações nesses componentes podem comprometer o correto funcionamento da montagem;
  4. Substituição do sem-fim e/ou coroa. Esses são os principais causadores do PE. Uma possível substituição desses elementos mecânicos por outros de maior precisão mecânica irá contribuir enormemente para a redução do PE da montagem e conseqüente melhoria no uso em astrofotografia. Isso ainda não foi feito na minha.

Instalação do Autostar 497

Finalmente, depois de realizadas as melhorias mecânicas, ainda é possível melhorar a questão da imprecisão mecânica através da substituição do sistema de motorização original, o True Tracker da Orion, por um sistema de GOTO da Meade. Essa modificação corresponde a instalação do sistema de goto da Meade baseado no Autostar 497 e o kit #493 para motorização de motores do modelo de telescópio DS da Meade.
É possível também utilizar o kit #495 (que inclui o Autostar 495). Porém, é mais difícil encontrar esse kit #495 à venda. Informações sobre como instalar o kit de goto e parâmetros de configuração do Autostar podem ser encontrada no site do Nicolas Rocha.

Além do Autostar, é necessária a utilização de um software para realização do Autoguiding. Independente do software utilizado, o Autoguing é realizado através de uma webcam. O software captura a imagem de uma estrela e calcula qual foi o deslocamento da mesma em relação às imagens anteriores. Através desse erro, o software envia comandos de correção de acompanhamento ao Autostar por meio de comunicação serial. Cria-se desta maneira um sistema de controle com realimentação negativa.

Pode-se utilizar 2 softwares para esse fim:

K3CCDTOOLS: Esse é um ótimo software. Porém a versão que dispõe de Autoguiding é paga. Pesar do preço ser bem acessível. Esse software também é muito útil para levantar o Erro Periódico da montagem através da geração em tempo real de um gráfico de erro. O gráfico acima foi gerado com esse software. Além de permitir Autoguiding e efetuar a análise do Erro Periódico, esse software possui várias outras funcionalidades relativas a operação de webcams e CCDs de longa exposição. O K3CCDTOOLS é mantido através desse site http://www.pk3.org/K3CCDTools/

GUIDEDOG: Outro software muito popular para realização de controle. Apresenta uma interface mais simples que o K3CCDTOOLS, porém aparente ser mais utilizado que o primeiro. É mantido através do site http://www.barkosoftware.com/GuideDog/

O procedimento para a instalação do GOTO e operação do K3CCDTOOLS está devidamente documentada na Internet através de diversos sites e grupos de discussão como o Roboscope e K3ccdtools.

Não irei descrever os passos necessários para a instalação do Autostar 497 já documentados nos links acima. Segue somente algumas fotos de como foram feitas as adaptações dos motores DS nos eixos de RA e DEC

Adaptação para o Motor de RA

Adaptação para o Motor de DEC

Guiagem em Ação

O seguinte gráfico foi obtido com o K3CCDTOOLS e ilustra como o Autoguiding atua no acompanhamento da montagem. A montagem foi desalinhada propositalmente para que o gráfico de RA seja uma rampa descendente. Em torno de 100 segundos após o início da análise, foi acionado o comando para que o K3 inicie o processo de guiagem. Observe como a montagem retorno a origem após o acionamento.

Finalmente, os próximos gráficos ilustram como foi a melhoria do Erro Periódico após as modificações e com o auxílio do Autoguiding:

O gráfico acima corresponde ao Erro Periódico da montagem com a atuação do Autoguiding. Observe uma efetiva redução no Erro Periódico de +- 20 segundos de arco para algo em torno de +- 8 segundos de arco com alguns picos acima de 10 segundos de arco. Já consegui erros em torno de +-5 segundos de arco com alterações nos parâmetros de guiagem do K3. Vale salientar também que o comportamento de autoguiding varia consideravelmente com a carga que a montagem está levando e também sua posição no céu.

O que é possível fazer com uma montagem com erro de +-10 segundos de arco ?

A tabela abaixo extraída do livro Fotografar o Céu do Pedro Ré indica a tolerância de guiagem para película 35mm em várias distâncias focais:

Objetiva
Tolerância da guiagem
28mm
207 segundos de arco
35mm
171 segundos de arco
50mm
120 segundos de arco
85mm
71 segundos de arco
135mm
44 segundos de arco
200mm
30 segundos de arco
300mm
20 segundos de arco

Considerando o pior caso do gráfico exemplo obtido com Autoguiding, temos um erro total de +- 10 segundos de arco ou 20 segundos de arco. Pela tabela acima, já é possível empregar uma lente de 300mm numa câmera fotográfica em piggy-back como na figura abaixo:`

A guiagem para uma lente de 300mm já é crítica e demanda muita atenção do astrofotógrafo se ela for feita manualmente via retículo iluminado. Assim, já estamos ganhando tempo e esforço com uma montagem de baixo custo e o emprego de Autoguiding. Fotos em piggyback com lentes de 300mm só seriam possíveis de serem feitas sem correção de guiagem em montagens bem mais caras e precisas.

Estou somente limitado a fotos utilizando câmeras em piggy-back?

O Erro Periódico indica somente a amplitude do erro de acompanhamento da montagem ao longo de um ciclo de passagem de um dente da coroa pelo sem-fim (considerando a montagem devidamente alinhada e velocidade sideral precisa). Outro aspecto importante do Erro Periódico que muitas vezes não é considerado é a sua suavidade. É preferível ter uma montagem com Erro Periódico elevado e suave a uma outra com Erro Periódico um pouco menor, mas extremamente irregular e com variações bruscas. Em montagens onde Erro Periódico é suave, o sistema de Autoguiding consegue fazer a correção da guiagem sem maiores problemas. Montagens com Erros Periódicos muito irregulares e com variações bruscas podem apresentar dificuldades para o sistema de Autoguiding.
É possível considerar distâncias focais maiores para a tolerância do acompanhamento desde que não se utilizem grandes tempos de exposição. A tolerância de 20 segundos de arco do exemplo acima é considerada por um tempo de exposição ilimitado. Para tempos de exposição mais curtos, é possível utilizar a montagem até mesmo sem o sistema de Autoguiding. Porém a variação do Erro Periódico não pode ser maior que a tolerância da lente ou telescópio durante o tempo de integração. Por exemplo, considerando uma montagem com um Erro Periódico grande de +- 20 segundos de arco mas tendo uma variação de 5 segundos de arco durante 20 ou 30 segundos. É possível utilizar até mesmo um telescópio de DF=1000mm durante cerca de 30 segundos e depois "somar" as imagens digitalmente via software de computador. Essa técnica é muito empregada hoje por amadores que não dispõe de montagens de primeira linha, mas conseguem resultados muito bons com tempos curtos de exposição como 30 segundos.

Instalação de um Nível de Bolha

Essa eu posso dizer que a instalação de um nível de bolha foi minha contribuição original nessa melhoria. As primeiras tentativas de alinhamento via Drift não foram realizadas com sucesso devido a falhas de nivelamento da montagem. Desta maneira, adaptei um nível de bolha na parte posterior do tripé.

Alguns Exemplos de Sucesso na Internet

THE CURDRIGE OBSERVATOR - Utiliza uma montagem LXD55 e AUTOGUIDING utilizando o GuideDog
K3´s Astronomy Home Page - Utiliza o software K3CCDTOOLS e uma HEQ5 modificada para guiagem
Andy´s Shot Glass - Utiliza uma montagem SVP melhorada mecanicamente para astrofotografia

Conclusão

Melhorias nas montagens de baixo custo fazem com que as mesmas apresentem o mesmo desempenho das montagens de alto nível?
Definitivamente NÃO. Porém, pode ser uma alternativa viável de estender o uso das montagens de baixo custo, cujo objetivo principal é somente para observação visual, para uma astrofotografia um pouco limitada, mas não menos interessante. Outro fator importante a ser considerado é que vários princípios e técnicas de astrofotografia mais séria já podem ter seus primeiros passos com essa tentativa de utilizar essas montagens para astrofotografia. Técnicas como alinhamento Drift e mesmo de Autoguiding podem ser aproveitadas mais tarde caso se deseje adquirir uma montagem realmente apropriada a astrofotografia.