Feltérképezik az Univerzum csillagait, galaxisait és fekete lyukait a FAULHABER motorok

A feladatnak galaktikus dimenzióikat ölel fel: az elkövetkező öt évben az SDSS V terveiben négymillió csillag és 300 000 fekete lyuk megfigyelése, spektrum- és anyagösszetétel elemzése, kozmikus fejlődéstörténetek rekonstruálása, illetve a galaxis születésének fizikai modelljének ellenőrzése szerepel.

 

A nemzetközi nagyprojekthez többek között két optikai nagyméretű távcsövet használnak majd az északi és a déli féltekén. Az égitestek fényét a száloptika gyűjti össze. Az egyes optikai szálak rendkívül pontos beállítását 500 kis robot végzi, melyeket FAULHABER motorok hajtanak. Az SDSS a «Sloan Digital Sky Survey», a világ minden tájáról származó asztrofizikusok szövetségének rövidítése. Az elmúlt évben már bemutatták az univerzum legnagyobb 3D térképét, ami mérföldkövet jelentett a csillagászatban. A számos teleszkóppal és egyéb tudományos műszerrel felszerelt kutatók folyamatosan projektek széles skáláján dolgoznak. A legújabb projekt az SDSS V, amelynek célja, hogy újabb minőségi ugrást tegyen a világűrben zajló fizikai folyamatok megértésében. A projekt lehetővé teszi «a teljes égbolt első spektroszkópiai megfigyelését az idő különböző csillagászati ​​dimenzióiban az optikai és infravörös fény spektrumában». Összesen több mint hatmillió objektumot kell megcélozni.

 

 

Hogyan keletkeznek a bolygók?

A törekvés céljai között szerepel saját galaxisunk, a Tejútrendszer történetének rekonstrukciója. Ezen túlmenően a kutatók azt tervezik, hogy újra megvizsgálják a kémiai elemek kialakulását, dekódolják a csillagok belső működését, elemzik a bolygók kialakulását, és megválaszolják a fekete lyukakkal kapcsolatos számos nyitott kérdést. Egy másik szempont a Tejútrendszer csillagközi gáztömegeinek feltérképezése – a korábbinál ezerszer pontosabban -, hogy leírják a «galaktikus ökoszisztémák önszabályozó mechanizmusait». A fekete lyukakkal és a Tejútrendszer mérésével kapcsolatos adatokat két nagyméretű teleszkóp, az új-mexikói Apache Point és a chilei Las Campanas gyűjti.

«Az északi és a déli féltekéről néző kettős perspektívával minden irányban láthatjuk az eget – jelentette ki Jean-Paul Kneib, a svájci Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne asztrofizika professzora. – A korábbi SDSS projektekben is a két távcsövet használtuk. Az SDSS V-vel most egy igazi nagy ugrást teszünk a megfigyelés hatékonysága és az összegyűjtött adatok mennyisége tekintetében.»

 

 

Szupernóva észlelés

A teleszkópokban optikai szálakat helyeztek el, amelyeket az univerzum bizonyos objektumaira irányítanak. Az egyes csillagok vagy a fekete lyukak világító akkréciós korongjai pontosan megfigyelhetők és elemezhetők. «Korábban minden egyes megfigyelési feladathoz speciális lemezeket kellett készítenünk. Az egyes lemezek elkészítése több hétig tartott. Az optikai szálakat ezután kézzel rögzítették a lemezbe – ami egy nagyon bonyolult és időigényes folyamat» – magyarázta Jean-Paul Kneib. A kifejezetten SDSS V projekthez kifejlesztett új technológiával az optikai szálak átrendezése hetek helyett legfeljebb egy percet vesz igénybe, mivel az optikai szálakat 500 – a csillagászok által «robotként» emlegetett kis gép állítja be mind a két teleszkópban. Ez azt is lehetővé teszi a kutatók számára, hogy azonnal reagáljanak a váratlan kozmikus eseményekre.

Ha például más teleszkópok egy aktuális eseményt, például egy szupernóvát fedeznek fel, akkor az egyik optikai elem gyakorlatilag időkésleltetés nélkül ahhoz igazítható. Ez lehetővé teszi a fizikai-kémiai folyamatok részletes elemzését a szupernóva-fejlődés időtartama alatt, ami korábban ilyen típusú műszerekkel nem volt lehetséges.

 

 

Mikrométeres pontossággal

A kis robotok mindegyike két vékony hengerből áll, amelyek hosszában vannak elrendezve, elülső végükön ívelt meghosszabbítással. A hátsó, vastagabb hengert a teleszkóp lemezében rögzítik. Ez alkotja az alfa egységet és forgatja a robot központi tengelyét. Ennek elejére excentrikusan szerelik fel a béta egységet, amely hasonlóképpen körkörösen mozgatja a szálvégeket az ívelt végén. A két tengelyirányú mozgás kombinációjával a szálvégek szabadon elhelyezhetők egy kör alakú területen. Az egyes robotok által lefedett körök részben átfedésben vannak a szomszédos egységek köreivel. A teleszkóp érzékelési tartományában ezáltal az égbolt minden pontja automatikusan megcélozható.

A kis robotban három optikai szálat rendeztek el. Az egyiket a látható spektrumú fényhez, a másikat az infravörös spektrumhoz tervezték, a harmadik pedig a kalibrálásra szolgál. Segítségével a szálhegyek három lépésben, mindössze néhány mikrométeres pontossággal kerülnek a helyükre: Az első durva beállításnál a két motor addig forog, amíg a megfigyelésre szánt optikai szál a célobjektumra nem irányul átlagosan 50 mikrométeres eltéréssel. A teleszkópban lévő kamera, amely a robotok elülső vége felé irányul, érzékeli a kalibrációs optikai szál hegyét, és megméri annak helyzetét. Két további pozicionálási lépésben a robotfej öt mikrométernél nagyobb pontossággal kerül a helyére.

 

 

A kutatás felgyorsítása

«Mivel az automatikus igazítással rengeteg időt takarítunk meg, sokkal több objektumot tudunk megfigyelni, és ennek megfelelően nagyobb számú egyedi mérést végezhetünk – mondta Jean-Paul Kneib. – Ezt a megnövelt teljesítményt tovább növeli a nagy pontosság. Az optikai szálak átmérője száz mikrométer. Ugyanilyen méretű a megfigyelt kozmikus objektumról a távcsőre jutó fényfolt átmérője. Minél pontosabban sikerül ezt a két kis felületet egymáshoz igazítunk, annál nagyobb a fénykibocsátásunk a mérésekhez, és annál gyorsabban kapunk érvényes eredményeket.»

Ennek a rendkívüli pontosságnak a műszaki előfeltételeit a FAULHABER motorjai és hajtóművei, valamint a FAULHABER MPS leányvállalata által kifejezetten erre az alkalmazásra kifejlesztett mechanika biztosítják. A két robottengelyt a 1218 … B sorozatú kefe nélküli egyenáramú szervomotorok hajtják az alfa, illetve 0620 … B motorok a béta tengelyhez. A típusjelölés első két számjegye a mikromeghajtók átmérőjét jelzi: tizenkét és hat milliméter. Az erőt a megfelelő bolygókerekes hajtóművek segítségével adják át a robotmechanikának. Az itt használt robotmechanikát az MPS fejlesztette ki és építette meg. A motorok forgási helyzetét integrált útadók jelentik a vezérlőnek.

 

 

Holtjátékmentes precizitás

«A kívánt precizitás eléréséhez meg kellett szüntetni a rendszer holtjátékát» – magyarázta Stefane Caseiro, az MPS az alkatrészek tervezéséért felelős munkatársa. A mérnökök ezt többek között azzal érték el, hogy a hajtóműtengelyek és a robot mechanikus tengelyei közötti hagyományos tengelykapcsolót bilincscsatlakozókra cserélték, valamint nyomórugót szereltek be, hogy a hajtómű holtjáték-mentes legyen. «A megfelelő rugók megtalálása önmagában több hónapig tartott» – emlékezett vissza az MPS mérnöke. A műszaki fejlesztéshez a megfelelő partner megtalálása ennél kevesebb időt vett igénybe Kneib professzor csapatának. «Az egész világon csak egy maroknyi gyártó képes az elvárt minőségben és tartósságban legyártani a mikromotorokat – mondta az asztrofizikus.

A FAULHABER természetesen ott volt azon cégek listáján, akiktől árajánlatot kértünk. Az MPS-sel már sikeresen dolgoztunk együtt egy korábbi projektben. Nyilvánvaló, hogy előnyt jelent a szakemberek fizikai közelsége is, márpedig a bieli MPS mindössze másfél órás autóútra található a lausanne-i egyetemtől.

A kiemelkedő minőség és a jó kölcsönös tapasztalatok mellett fontos érv volt az is, hogy a FAULHABER leányvállalatával, az MPS-sel együtt mindent egy kézből tud szállítani.» www.faulhaber.com/en/motion/small-robots-in-big-telescopes/

 

Vállalati információ: hajtástechnológiai szakértők Schönaich-ból

A FAULHABER nagy pontosságú, akár 250 watt kimeneti teljesítményű miniatürizált és miniatűr hajtásrendszerek, szervóalkatrészek és hajtáselektronikai termékek fejlesztésére, gyártására és telepítésére specializálódott. Ez magában foglalja az ügyfélspecifikus csomagmegoldásokat, valamint szabványosított termékek széles körét, például kefe nélküli motorokat, DC-mikromotorokat, útmérőket és mozgásvezérlőket. A FAULHABER védjegy világszerte a magas minőség és megbízhatóság szimbólumaként ismert olyan összetett és igényes alkalmazási területeken, mint többek között az orvosi technológia, az üzemi automatizálás, a precíziós optika, a telekommunikáció, a légi- és űripar, valamint a robotika. A nagy teljesítményű, 224 mNm folyamatos nyomatékú DC-motortól a karcsú, 1,9 mm külső átmérőjű mikromeghajtókig a FAULHABER standard sorozat több mint 25 millió különböző módon kombinálható az adott alkalmazáshoz megfelelő optimális hajtásrendszer létrehozásához. A műszaki konstrukciós készlet ugyanakkor olyan módosításokat is lehetővé tesz, amelyekkel speciális verziók konfigurálhatók az ügyfelek egyedi igényeinek kielégítésére.

 

FAULHABER Austria GmbH
www.faulhaber.com