Искусственный горизонт для классического секстана.

Чтобы соблюсти исторические и географические особенности, а так же сохранить баланс как морских, так и авиационных отечественных корпоративных традиций, постараюсь придерживаться формулы: «секстан» + «искусственный горизонт» ~ «секстант»
Предыстория.
   Спровоцировали меня два обстоятельства: небольшой опыт в восстановлении и работе с разными типами устаревших оптических теодолитов и появление в начале сентября ИАС-1М (в параллельной теме), без тщательного изучения которого я бы не взялся бы за искусственный горизонт. И хоть ИАС очень интересный прибор и к нему можно привыкнуть, но он не совсем утраивал меня, т.к. но у него аппаратно была исключена возможность пользоваться естественным горизонтом. В октябре начался поиск информации о других аналогичных приборах (ручных с искусственным горизонтом) и её систематизация. Около 80% информации получил с сайта https://sextantbook.com/ (отдаю должное автору), куда снова и буду периодически возвращаться.
   Следующим этапом были выводы и составление техзадания на изготовление универсального, простого, но именно двурежимного прибора. Причём работать с классическим секстаном по луже или тазику с жидкостью тоже можно и методика простая, но почему-то хотелось компактности. Тем более, что теоретическая возможность сводить воедино три луча (светило, горизонт и уровень), подразумевало простоту юстировки на море (в отдалённой перспективе).
Техзадание.
- Дополнить классический секстан, как самый доступный прибор, блоком искусственного горизонта.
- Функционал и узлы оригинального прибора (оригинальной оптической схемы) должны остаться без изменений.
- Допускаются изменения во второстепенных узлах, без которых невозможно будет работа по уровню.
- Юстировка прибора должна выполняться даже при отсутствии естественного горизонта, причём только силами одного наблюдателя.
- Для юстировки и обучения наблюдателя допускается крепление прибора на геодезический штатив.
- Основным методом двухрежимной работы принимается работа с рук.
Доступность основных частей.
Секстан.
    Тот секстан, который у меня очень давно, комплектный и имеет верхнее расположение алидады (если рассматривать его на столе, к примеру). Но он - почти подарок, редкий, состояние идеальное, подсветка работает. Переделывать его рука не поднималась .
   В начале октября в г. Невельск был куплен другой секстан, тогда ещё только на перспективу восстановления и ещё до составления техзадания (фото в этой же теме, сообщение #630, 648) Он был в ящике с едва читаемой надписью «Friberg» и нижним расположением алидады. Обратил внимание, что и оригинальная модель и его советские клоны постоянно присутствуют на вторичном рынке. А вот переделывать именно его, было бы занимательно.
    Кратко о состоянии. Механизм наведения и два из трёх юстировочных винтов на зеркалах были заклинены. Формуляр, зрительные трубы и одна из прижимных пружин отсутствовали, элементы ящика расшатаны. Много окисленных деталей на приборе, металл снаружи ящика глубоко ржавый. Подсветка шкал производителем даже не была предусмотрена., что для меня вообще нонсенс, но не проблема. Светофильтры, зеркала, зубья и червяк механизма наведения – без механических повреждений.
    Василий не стал задирать цену, которая примерно равнялась стоимости отправки почтой в Москву, отвечал на все вопросы и прислал мне фото самых нужных узлов (механизм наведения, светофильтры, зеркала). По его словам, прибор достался ему от отца-моряка, а сам он к рассмотренному состоянию прибора отношения не имеет, но в какой-то мере порадуется, если прибор получит полноценную вторую жизнь.

Уровень.
    Все интересные мне модернизации классических секстанов имели два типа уровней: цилиндрический или круглый. Цилиндрические, с которых всё и начиналось 100 лет назад (патент Г. Кутиньо) и сейчас более доступны, а круглые, на которые переход был постепенно осуществлён чуть позже, более функциональны.
Независимо от типа, основной характеристикой уровня является кривизна рабочей поверхности. У круглого – радиус образующей поверхность сферы, у цилиндрического – продольная кривизна цилиндрической стенки.
    Кроме того, с кривизной уровня должно совпадать фокусное расстояние коллективной линзы, через который оный уровень будет рассмотрен выпуклым глазом, в т.ч. и через трубу. Линза создаст его изображение в бесконечности, «соединив» со светилом. Если работать без линзы (пример: секстан Лисиной с круглым уровнем, см. сообщение #629 здесь же или современный вариант её прибора с цилиндрическим уровнем, то только через диоптр с минимальной апертурой и тогда про звёзды придётся забыть.

Знаем кривизну/фокусное расстояние известных промышленных образцов:
- ИАС-1М (он же Libellen Oknant) – 75 мм/75 мм (из техописания; там написано «объектив», но по сути, это коллективная линза)
- АС (он же Bubble sextant R.A.E) – 77,9 мм/77,9мм (аналогично)
- вариант Кутиньо; японская реализация – 208 мм/280 мм (присутствует разница)

Цифры очень различаются, это хорошо. Есть, из чего выбирать и…. я принял неправильное решение, сначала подобрать именно конструкцию.

    1.То ли из-за большой кривизны Кутиньо расположил продольный цилиндрический уровень после малого зеркала, то-ли наоборот, придумав, где расположить, уже подобрал уровень. Как итог, зеркало, отводящее луч зрения вниз на уровень, находится впереди малого зеркала секстанта и коллективную линзу нельзя было оставлять круглой (светила расфокусируются). Пришлось от коллективной линзы отрезать два сегмента (чтобы осталась незанятая ею апертурная площадь объектива для светил и горизонта, см схему ниже) и фиксировать её «остаток» перед объективом зрительной трубы вертикально. Ещё пришлось добавлять поперечный уровень и делать в малом зеркале секстана «Т»-образный просвет. При этом «остаток» коллективной линзы, прорезь на малом зеркале, ещё одно зеркало надо уровнем и сам продольный уровень – одна оптическая ось. Плюс к тому, удлинился сам прибор. Технологически – для домашнего изготовления очень сложно, но зато - дешёвые уровни, которых навалом везде. Как итог, отказался.
    2.Вариант этого же исполнения, с т.н. «верхним» (на трубе) цилиндрическим уровнем и (возможно!) полупрозрачным зеркалом перед малым. Рисунок прилагается. В известном каталоге находится на стр. 10. Про коллективную линзу в конструкции – ни слова (да и ставить её некуда). Значит, диоптр и известные ограничения. Поперечный уровень отсутствует. Характеристики неизвестны, цена небольшая. Слишком просто и даже рекламируется. Технически выглядит слишком упрощённо, а без линзы это игрушка. В архив.
    3.Аналогично, но с отводом луча через полупрозрачное зеркало сначала вниз, а далее его отражение в сферическом зеркале (вместо коллективной линзы), возврат луча вверх (снова сквозь полупрозрачное зеркало) , в донышко круглого уровня. За счёт отражения и фокусировки в зеркале (единый процесс), снова происходит синхронизация движений светила и пузырька. Наиболее распространённый вариант (в том же каталоге, на стр. 6 – общий вид, на стр. 7 – запредельная стоимость) даже сейчас и самая лучшая подсветка (сверху пузырька). При относительно компактных размерах, большой радиус кривизны из-за длинного хода луча зрения на пузырь. Недостатки: пузырёк уровня рассматривается снизу, через саму жидкость и прозрачную «пробку» (как у АС и ИАС), трудно демонтировать только уровень, он конструктивно связан со зрительной трубой (с ней и продаётся), сильные потери света в луче на уровень. Придётся вместо линзы искать сферическое зеркало с фокусным расстоянием равным кривизне уровня или сферу для покрытия отражающим слоем с радиусом, в два раза большим кривизны уровня. Оптическая схема усложнена. Фото прилагается. Уже почти то, что нужно, но будет и поиск и технологические трудности.
   4.Опять для малых радиусов кривизны. Вариант с отводом луча вниз, но внутри трубы (между окуляром и объективом трубы). Либо вверх, но из-за рассинхронизации и изображение светила тоже должно быть перевёрнутым. Требуют более сложной оптической схемы самой трубы, увеличения её габаритов. Демонтаж, видимо, тоже только с трубой. Тоже пока не айс.

Некоторые схемы и фото прилагаю. Но всё было не то и найти быстрое решение по конструктивной части, исходя только из чужого опыта - не удалось.

Файлы:
- иллюстрация работы с секстаном по отражению прямого луча от поверхности жидкости (на рисунке она в ящике) тоже на светило; теория в интернете
- схема самодельного секстанта Лисиной из её книги
- оптические и технические особенности схемы оптики секстанта Кутиньо
- схема упрощённого секстанта из каталога Celestaire
- наиболее распространённая и в наше время схема промышленного дополнения классического секстана с верхним расположением алидады блоком искусственного горизонта
- ещё несколько схем приборов с нарастающим уровнем технической сложности; присутствуют и отечественные авторы