maxon levert automatische filterwisselaar voor supertelescoop

maxon is uitgekozen om voor het wisselsysteem van het optische filter te zorgen van wat binnenkort de grootste telescoop ter wereld zal zijn. Het project, waarbij vijf Franse onderzoekslaboratoria betrokken zijn, benodigt motoren en controllers die uiterst betrouwbaar zijn en die kunnen werken met een nauwkeurigheid van een tiende van een millimeter.

Met een spiegel van 8,4 m en een 3.2 gigapixel camera (waarmee het de grootste digitale camera ter wereld is), is de Large Synoptic Survey Telescope (LSST) een project dat wordt gekenmerkt door superlatieven. Zijn missie? De grenzen van het zichtbare heelal verleggen. Het heelal de komende 10 jaar onvermoeibaar in kaart brengen vanuit het observatorium op de top van de Cerro Pachón in Chili.

De LSST: het product van expertise uit de hele wereld

Voor deze missie zal de Large Synoptic Survey Telescope de complete hemel meerdere keren per week fotograferen, waardoor veranderingen kunnen worden bijgehouden en de beweging van de hemellichamen kunnen worden gemeten. Het astronomisch onderzoek zal bijdragen tot studies die een licht op de structuur en de evolutie van het zonnestelsel en de melkweg moeten werpen. De resultaten zullen ook worden toegepast in verschillende onderzoeksprojecten die zijn gewijd aan het oplossen van de mysteries rondom donkere materie en donkere energie.

Het project, gecoördineerd door de VS, heeft een budget van rond 675 miljoen dollar (ca. 600 miljoen euro). Bijna twintig landen zullen bijdragen aan het analyseren van de resultaten met input van onderzoekslaboratoria verspreid over de hele wereld. Naast de VS en Chili speelt Frankrijk een actieve rol bij de bouw van de telescoop, via het Franse Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3).

Fijnmechanica in dienst van astronomie

De telescoop staat op de 2.680 m hoge piek van de Cerro Pachón, een locatie die is gekozen omwille van de geringe atmosferische en lichtinterferentie. Hij staat in een koepel die een diameter van 30 m heeft en 17 m hoog is. De koepel is volledig gemotoriseerd, zodat de telescoop steeds in alle mogelijke richtingen kan worden gedraaid.

De telescoop zelf bestaat uit drie hoofdelementen. Als eerste het montage-element waarmee de telescoop nauwkeurig kan worden gepositioneerd ter voorbereiding op observaties. Daarna is er het optische element, dat bestaat uit drie gekromde, asferische spiegels, waarvan de grootste een diameter van meer dan 8 m heeft. En tot slot is er de digitale camera, die een van de centrale elementen van het project vormt.

Deze camera is gebouwd rond een  digitale sensor met 3.2 miljard pixels die wordt gekoeld tot -100 °C. De sensor is gevoelig voor een uitzonderlijk breed lichtspectrum, van bijna ultraviolet tot bijna infrarood, zodat fotometrische metingen over het volledige spectrum kunnen worden uitgevoerd. Bovendien heeft de camera een systeem van optische filters waardoor de gebruikers de fractie van het lichtspectrum kunnen selecteren dat ze willen observeren.

Snelle optische-filterwisselaar

Alle astronomische onderzoekstelescopen hebben een filterwisselaar, maar de meeste systemen die momenteel in gebruik zijn, zijn te langzaam om te voldoen aan de ambitieuze eisen van de LSST, waarbij de wisseling 15 keer sneller moet zijn dan bij andere instrumenten van een vergelijkbare grootte.

Een team van vijf Franse laboratoria heeft daarom samengewerkt aan de ontwikkeling van een robotsysteem dat in staat is om binnen enkele minuten een nieuw filter over de camera te plaatsen. Voor deze uitdaging had het team te maken met aanzienlijke technische beperkingen, te beginnen bij de integratie van de automatische filterwisselaar, omdat alle componenten ervan in de behuizing van de camera moesten worden ondergebracht. En daar moet hij perfect stabiel blijven, zelfs in het geval van een sterke aardbeving.

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.

Het team ontwierp een apparaat voor het bewegen van de extreem dure filters – elk met een diameter van 75 cm en een gewicht van bijna 40 kg – met een nauwkeurigheid van een tiende van een millimeter. Het centrale element van het apparaat is een carrousel die geschikt is voor maximaal vijf filters en één daarvan binnen 20 s kan presenteren voor gebruik.Het centrale element van het apparaat is een carrousel die kan worden geladen met maximaal vijf filters. Hij kan in minder dan 20 s een filter voor gebruik aanreiken. Daarnaast is er een automatisch mechanisme voor het laden/verwijderen van een filter op de camera en een ander mechanisme voor het laden van filters in de camera. Deze drie elementenvormen samen de automatische filterwisselaar.

Compactheid, betrouwbaarheid, ondersteuning

Het is in deze context dat het Franse Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (LPNHE) om ondersteuning van de experts bij MDP - maxon France vroeg. De onlineconfigurator en bijbehorende technische documentatie op de maxon website dienden als uitgangspunt voor het identificeren van de eerste componenten die geschikt waren voor integratie in het systeem.

Bij verdere gesprekken werd bediscussiëerd welke oplossingen van MDP - maxon France geschikt waren. Een keuze voor dezelfde leverancier voor de combinatie motor/controller betekende dat er geen compatibiliteitsproblemen zouden optreden. Bijvoorbeeld de carrousel en de automatische filterwisselaar hebben maxon EC40/GP42 en RE40/GP52C aandrijfmotoren in combinatie met een modulaire digitale positieregelaar EPOS2 70/10.

De verschillende criteria die werden toegepast door de teams die aan de LSST werkten, kunnen als volgt worden omschreven: compactheid van de componenten, motoren, overbrengingen en controllers – een essentiële factor, omdat deze in het hart van de camera moesten worden geïntegreerd – in combinatie met complete betrouwbaarheid. De filterwisselaar moet namelijk continu kunnen functioneren, waarbij het onderhoud beperkt blijft tot een periode van 2 weken om de 2 jaar, wanneer de telescoop buiten bedrijf wordt gesteld voor het opnieuw aluminiseren van de spiegels.

Samenwerking op meerdere vlakken

Het veeleisende karakter van de werkzaamheden aan de optische-filterwisselaar weerspiegelt de ambitie van het project en geeft een idee van het samenwerkingsgehalte dat nodig is tussen de verschillende belanghebbenden bij de LSST. maxon van haar kant is verheugd dat de onlineconfigurator, de motoren en de elektronische systemen hebben bijgedragen aan de succesvolle realisatie van een technische en wetenschappelijke uitdaging zoals deze!Let us know how we can help you.
Laat ons weten hoe we u kunnen helpen. Neem contact op met uw lokale maxon expert. 

Copyright afbeelding
LSST; maxon Group