Creatie van een kunstmatige ster met lasertechnologie.

Er is nog een lange weg te gaan voordat de mens zelf sterren kan maken, maar voor wetenschappelijke doeleinden kunnen we al wel kunstmatige varianten maken. De Nederlandse organisatie voor toegepast natuurwetenschappelijk onderzoek TNO heeft een projectiesysteem ontwikkeld voor de Very Large Telescope (VLT) van de sterrenwacht European Southern Observatory (ESO). Het zogenaamde “Optical Tube Assemblies“ (OTA) is een complex projectiesysteem waarmee Laser Guide Stars gemaakt worden. Een uiterst precies aandrijfsysteem met twee borstelloze platte motoren van maxon, planetaire overbrenging met spil en encoder zorgen voor de exacte oriëntatie van de laser.

Het European Southern Observatory (ESO), is het succesvolste wetenschappelijk observatorium ter wereld. Sinds de oprichting in 1962 geeft de ESO astronomen en astrofysici de mogelijkheid om onderzoek te doen in onderzoekscentra die over de modernste technische middelen beschikken. Het vlaggenschip van de Europese astronomie is de Very Large Telescope (VLT) die zich in het hooggebergte Paranal in Chili bevindt, waar optimale omstandigheden heersen voor de observatie van infraroodlicht en zichtbaar licht. De VLT is het meest geavanceerde optische instrument ter wereld en bestaat uit vier Unit Telescopes (UT's) of ”Hoofdtelescopen“ met spiegeldiameters van 8,2 meter en vier op rails beweeglijke Auxiliary Telescopes (AT's) of ”Hulptelescopen“ van 1,8 meter. TNO heeft een projectiesysteem ontwikkeld voor de Very Large Telescope (VLT). Het zogenaamde ”Optical Tube Assemblies“ (OTA) is een complex projectiesysteem waarmee Laser Guide Stars, oftewel referentie-sterren, gemaakt worden. Sterke lasers schijnen bovenin de atmosfeer enop deze wijze worden de "gidssterren" gemaakt. Dit is een van de kritische elementen van de ”4Laser Guide Star Facility“ (4LGSF). Dit optisch systeem hoort bij de volgende generatie telescopen met adaptieve optiek, de zogenaamde Adaptive Optics Facility (AOF), die de VLT gebruikt. De 4LGSF bestaan uit vier supersterke lasers van 20 W die ervoor zorgen dat de beeldvervormingen van de VLT gecorrigeerd worden die door turbulenties in de lucht veroorzaakt werden. Door het nieuwe lasersysteem krijgt de telescoop bovendien een beter beeldveld.

Telescopen vangen normaal gesproken hemellicht en focusseren het in een instrument. Deze nieuwe technologie doet juist het omgekeerde. Met de telescopen worden laserstralen in de hemel geprojecteerd, waardoor lichtpunten ontstaan. De laserstralen bereiken een laag van natriumatomen op een hoogte van 90 kilometer in de atmosfeer. Hierdoor beginnen ze te fonkelen. Dit gebeurt met een nauwkeurigheid van 45 mm op 90 km hoogte. Deze gloeiende vlekken zijn kunstmatige gidssterren aan de hand waarvan wetenschappers astronomische gebeurtenissen in de buurt van deze lichte punten beter kunnen observeren. Bovendien krijgt de VLT door deze referentie-sterren een beter beeldveld.

maxon aandrijfsystemen in het Field Selector Mechanism (FLM)

De constructie van de OTA bestaat uit een 20-voudige laserstraal en een actieve kantel- en zwenkbare spiegel, het “Field Selector Mechanism” (FSM). Dit mechanisme is met een combinatie uit membraanveer en spillen verbonden die uitsluitend kantel- en zwenkbewegingen toelaten. De spiegel van de FSM heeft een doorsnede van 100 mm. De rotatie is mogelijk door twee orthogonale assen, in een vlak parallel ten opzichte van het spiegeloppervlak (afb.2). De draaiing van de FSM-spiegel heeft een asymmetrisch gereduceerde reactie van de hoek van de laserstraaloriëntatie aan de hemel tot gevolg. De spiegel is op elastische lagers gemonteerd en wordt met behulp van zelfremmende actuatoren met hoge stijfheid gekanteld. Voor de vereiste absolute precisie worden sensoren gebruikt die de kanteling van de spiegel t.o.v. de basis direct meten.

Het aandrijfsysteem van maxon motor zorgt voor de exacte kantel- en zwenkbewegingen van de spiegel in de FSM en zodoende voor de exacte oriëntatie van de lasers richting hemel. Per FSM-unit van de telescoop zijn twee motoren in gebruik. Bij de constructie van de actuatoren waren vooral de vereisten ten aanzien van de dynamiek doorslaggevend. Maar weinig commerciële actuatoren zijn met zelfremming uitgerust. TNO heeft een standaardspilaandrijving van maxon genomen, met een planetaire overbrenging met geïntegreerde kogelomloopspil en deze gebruikt om een zeer precieze veeroverbrenging te ontwikkelen. Het werkingsprincipe is op afbeelding 3 uitgewerkt: wanneer de motor draait, drukt de moer een soepele veer samen. De soepele veer oefent kracht op de stijve veer uit die met een spiegeldrager verbonden is. Omdat de stijfheidsverhouding tussen de soepele en stijve veer 1:22 bedraagt, heeft de beweging van de moer een 22 keer kleinere beweging van de spiegel tot gevolg. Dit principe verhoogt de resolutie drastisch, terwijl het dynamische gedrag van de FSM slechts gering beperkt wordt. De borstelloze platte motoren zijn toegesneden op de beperkte bouwhoogte in de FSM-units.

De eerste telescoop van het Paranal Observatory in Chili wordt in 2015 uitgerust met de nieuwe lasertechnologie. ESO is van plan om de technologie ook in andere telescopen in te bouwen. Met een spiegeldoorsnede van rond 40 meter zal de binnenkort grootste telescoop ter wereld voor zichtbaar licht en infraroodlicht, de European Extremely Large Telescope (E-ELT), eveneens uitgerust worden met de lasertechnologie. Daarmee kan ervan uitgegaan worden dat de sterren ook in de toekomst voor de mensen beter te zien zijn.

 © maxon motor ag

Productnavigator

Contact

maxon motor benelux bv

Josink Kolkweg 387545 PR EnschedeNederland
+31 53 744 0 744
Contact