maxon fournit un changeur de filtre automatique pour un super télescope

maxon a été sélectionné pour fournir le système de changement de filtre optique de ce qui va devenir le plus grand télescope grand champ du monde. Le projet, qui mobilise cinq laboratoires de recherche français, demande des moteurs et des contrôleurs particulièrement fiables, capables de travailler avec une précision de l´ordre du dixième de millimètre.

Avec son miroir de 8,4 mètres et sa caméra de 3,2 gigapixels (ce qui en fait le plus grand appareil photo numérique du monde), le Large Synoptic Survey Telescope (LSST) est le projet de tous les superlatifs. Sa mission? Repousser les frontières de l´univers visible, mais aussi arpenter et cartographier l´univers pendant les dix années à venir depuis l´observatoire situé au sommet du Cerro Pachón, au Chili.

Le LSST: le fruit d´une expertise mondiale

Pour accomplir sa mission, le Large Synoptic Survey Telescope photographiera l´ensemble du ciel plusieurs fois par semaine, afin de cataloguer les changements et de mesurer le mouvement des corps célestes. Ses relevés astronomiques contribueront à des études visant à éclairer la structure et l´évolution du système solaire et de la Voie lactée. Les découvertes seront également exploitées dans divers projets de recherche cherchant à percer les mystères de la matière noire et de l´énergie noire.

Coordonné par les États-Unis, le projet est doté d´un budget de quelque 675 millions de dollars (environ 600 millions d´euros). Près de vingt pays participeront à l´analyse des résultats, avec des contributions de laboratoires de recherche du monde entier. Aux côtés des États-Unis et du Chili, la France participe activement à la construction du télescope via l´Institut national français de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3).

L´ingénierie de précision au service de l´astronomie

Le télescope est installé au sommet du Cerro Pachón, à 2 680 mètres d´altitude, emplacement choisi pour le très faible niveau d'interférences atmosphérique et lumineuses. Il est abrité dans un dôme de 30 mètres de diamètre et de 17 mètres de haut. Le dôme est entièrement motorisé, de sorte que le télescope tourne pour être orienté dans toutes les directions possibles.

Le télescope lui-même est constitué de trois éléments principaux. Le premier de ces éléments est la monture sur laquelle le télescope est positionné avec précision en prévision des observations. Il y a ensuite l´élément optique, composé de trois miroirs asphériques courbes, dont le plus grand a un diamètre de plus de 8 mètres. Pour finir, il y a l´appareil photo numérique, qui est l´une des pièces maîtresses du projet.

Cet appareil photo est construit autour d´un capteur numérique de 3,2 milliards de pixels refroidi à -100 °C. Celui-ci est sensible à une gamme particulièrement large de lumière, allant du quasi ultraviolet au quasi infrarouge, de sorte que les mesures photométriques peuvent être effectuées sur l´ensemble du spectre. Enfin, cet appareil photo intègre un système de filtres optiques qui permet aux utilisateurs de sélectionner la fraction du spectre lumineux qu´ils souhaitent observer.

Changeur de filtre optique à action rapide

Tous les télescopes d´étude astronomique intègrent un changeur de filtre, mais la plupart des systèmes actuellement utilisés sont trop lents pour répondre aux exigences de performance du LSST: 15 fois plus rapide que celui d´autres instruments de taille similaire.

Une équipe de cinq laboratoires français a donc collaboré au développement du système robotisé capable de placer un nouveau filtre sur la cellule photographique en quelques minutes seulement. Pour relever ce défi, l´équipe a dû faire face à des contraintes techniques majeures, à commencer par l´intégration du changeur automatique de filtres, dont tous les composants devaient être logés dans le boîtier de l´appareil photo. Il doit y rester absolument stable, même en cas de fort tremblement de terre.

The use of the same supplier for the motor/controller combination means that there are no compatibility issues: maxon EC40/GP42 and EPOS2 70/10 positioning controller.

L´équipe a conçu un dispositif capable de manipuler les filtres extrêmement coûteux – chacun d´un diamètre de 75 cm et pesant près de 40 kg – à une précision d´un dixième de millimètre. La pièce maîtresse de l´appareil est un carrousel qui peut être chargé de cinq filtres au maximum et en présenter un à l´utilisateur en moins de 20 secondes. Il existe en plus un mécanisme automatique de chargement/déchargement d´un filtre sur la caméra et un autre mécanisme de chargement des filtres à l´intérieur de l´appareil photo. Ces trois éléments constituent le changeur automatique de filtres.

Compacité, fiabilité, assistance

C´est dans ce contexte que l´Institut National de Physique Nucléaire et des Particules (LPNHE) a sollicité l´expertise de MDP - maxon France. Le configurateur en ligne et la documentation technique disponibles sur le site de maxon ont servi à repérer les premiers composants susceptibles d´être intégrés dans le système.

Au cours d´échanges, l´adéquation des solutions de MDP - maxon France a été validée, et le recours au même fournisseur pour la combinaison moteur/contrôleur a permis d´éviter tout problème de compatibilité. Par exemple, le carrousel et le changeur automatique de filtres utilisent des moteurs d´entraînement maxon EC40/GP42 et RE40/GP52C ainsi qu´un contrôleur de positionnement numérique modulaire EPOS2 70/10.

Parmi les différents critères retenus par les équipes travaillant sur le LSST: la compacité des composants, moteurs, réducteurs et contrôleurs. Un facteur essentiel car ceux-ci devaient être intégrés au cœur de la caméra. Une fiabilité totale est également de mise. Le changeur de filtres doit en effet pouvoir fonctionner en continu, la maintenance étant limitée à une période de 2 semaines tous les 2 ans lorsque le fonctionnement du télescope est interrompu pour la réalumination de ses miroirs.

Une collaboration à plusieurs facettes

La nature exigeante des tâches effectuées sur le changeur de filtre optique reflète l´ambition du projet et donne une idée de l´ampleur de la collaboration exigée entre les différentes parties prenantes du LSST. Pour sa part, maxon est ravi que son configurateur en ligne, ses moteurs et ses systèmes électroniques aient contribué à la réalisation d´un tel défi technique et scientifique!Let us know how we can help you.
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