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, amelyeket 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 1/4 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 2/4 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.”
Forrás: FAULHABER
