De donkere energie van het universum.

Het HETDEX-project is de eerste grote poging om “donkere energie” in het universum op te sporen. Met behulp van speciale spectrografen worden de posities van een miljoen melkwegstelsels driedimensionaal vastgelegd. Sinds de zomer van 2012 scant de Hobby-Eberly-Telescoop het heelal – geholpen door maxon motoren.

De Hobby-Eberly Telescope (HET) bevindt zich bij het McDonald observatorium in West-Texas. De bolvormige hoofdspiegel bestaat uit 91 identieke zeshoeken met een omvang van 1 meter. Bij gelijktijdige werking leveren de afzonderlijke spiegels een totaal spiegeloppervlak op van bijna 11 meter doorsnee; daarmee is het de grootste ter wereld. De effectieve opening van de primaire spiegel is momenteel 9,2 meter bij een openingshoek van vier boogminuten*. De HET is met 11,1 bij 9,8 meter de op drie na grootste optische telescoop ter wereld. Bovendien werd hij dankzij modern design bijzonder kostenefficiënt gerealiseerd: Hij heeft slechts 13,5 miljoen dollar gekost –ongeveer een kwart van een vergelijkbaar grote telescoop. Deze besparingen werden deels mogelijk door vereenvoudigingen alsmede door gebruikmaking van op de markt verkrijgbare componenten.

De spectroscopische telescoop is gemonteerd op een zogenaamde Prime Focus Instrument Package (PFIP). Hij beschikt over twee spectrografen met gemiddelde en hoge resolutie. Verdere kostenbesparing werd mogelijk omdat afgezien werd van beweging in de tweede as van de 85 ton wegende telescoop. Dat betekent dat de spiegel steeds op dezelfde hoogte van 55 graden boven de horizon kijkt, maar gelijktijdig horizontaal helemaal draaibaar is. Hierdoor kan 70 procent van de hemel geobserveerd worden. Het door de hoofdspiegel opgevangen licht wordt bóven de hoofdspiegel gebundeld en daar met behulp van een speciale hulpoptiek opgenomen en via lichtgeleiders naar de spectrografen geleid. Deze hulpoptiek is in de zogenaamde “Tracker” gemonteerd (zie afbeelding 3) die over zes assen bewogen kan worden. De spiegel volgt zodoende niet het object, maar het object beweegt over de cirkel.

Momenteel wordt de HET uitgebreid met een groothoek-mogelijkheid, die de beeldhoek vergroot met
22 boogminuten en de diafragmaopening tot 10 meter. Voor toekomstige onderzoeksprojecten kan dan de grootst mogelijke hoeveelheid licht per glasvezelaansluiting worden verzameld en is daarmee een innovatie op het gebied van spectroscopische waarnemingen. Zo willen wetenschappers met behulp van de verbeterde HET, de zogenaamde ”donkere energie” beter begrijpen. Volgens actuele hypothesen bestaat de materie en de energie van het universum voor driekwart uit ”donkere energie” en is daardoor de raadselachtige kracht die het universum steeds verder uiteendrijft.

HETDEX kijkt in het universum

Om dit mysterie op te sporen werd het HETDEX-project (Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment ) in het leven geroepen. Van 2012 tot 2015 wordt een deel van de ruimte in het gebied van de “grote beer” intensief met de HET gescand. Doel van het onderzoeksproject zijn 1 miljoen melkwegstelsels die ongeveer 10 tot 11 miljard lichtjaar van de aarde verwijderd zijn – tot in het kleinste detail in kaart brengen. Het project is ontstaan uit een samenwerking van de universiteit van Texas (Austin), de Pennsylvania State Universiteit, de Texas A&M Universiteit, de Universiteits-sterrenwacht München, het Astrophysikalisch Instituut Potsdam en het Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik.

De internationale wetenschappers willen meer te weten komen over de processen in het universum.
Het groots opgezette onderzoeksproject moet ophelderen of de hedendaagse zwaartekrachtwetten juist zijn. Bovendien zullen nieuwe astronomische details over de oerknal onthuld worden. Aan het observatorium op de Texaanse Mount Fowlkes wordt hiertoe het licht in de HETDEX-camera niet naar een fotochip geleid, maar naar 33.400 glasvezels. De hoop van de experts is erop gevestigd dat niet de donkere materie maar tot nu toe onbekende inwerkingen van de zwaartekracht onze kosmos laten expanderen. Op zijn vroegst in 2016 zullen eerste resultaten bekend worden – dan weten we of het fenomeen bestaat of als niet-bestaand kan worden verklaard.

Constructie van de PFIP
De Prime Focus Instrument Package zit op een Tracking-installatie aan het bovendeel van de telescoop en bevat een groothoekcorrectie, een detectiecamera, meetapparatuur en een brandvlak-systeem. De PFIP is een zelfstandige automatiseringseen¬heid met 12 subsystemen en 24 bewegingsassen. Bewegingsregelaars en modulaire E/A-systemen worden via het CANopen-meldprotocol verbonden. De complete communicatie tussen de systemen op de grond en de PFIP-subsystemen is ofwel ontworpen als Point-to-Point via Ethernet of functioneert via Ethernet-/CAN-Gateways die transparant zijn voor CANopen-meldingen.

Van de 24 bewegingsassen van de PFIP zijn er 15 gemotoriseerd. De bewegingen moeten gelijkmatig en precies verlopen bij verschillende snelheden, vooral bij extreem langzame snelheden. De besturing van de beweging moet verschillende operaties in uiteenlopende situaties kunnen uitvoeren, zoals bijvoorbeeld het exact volgen van een snelheidscurve (diafragma-besturing), het precies aansturen en vasthouden van een absolute positie of het volgen van een multi-axiale positie- en snelheidscurve.

De in de PFIP- subsystemen gebruikte aandrijvingen zijn maxon motoren van de borstelloze EC-serie die met overbrengingsmechanismes, magnetische incrementale encoders en elektrisch bediende remmen uitgerust kunnen worden. Gelijkmatige bewegingen bij lage snelheden worden geproduceerd middels sinuscommutatie. Daarvoor wordt samen met de standaard in de borstelloze maxon motoren ingebouwde Hall-sensors een optionele incrementele encoder gebruikt. Incrementele encoders geven de besturing van de beweging extra positiegegevens.

Exacte maxon positioneringsmodule
Alle regelaars zijn positioneringsmodules van het type maxon EPOS2 50/5. Aanvullend voor de gesloten regelkringen voor stroom, snelheid en positie hebben de besturingen een interpolatiebewegingsmodus, waarmee deze een geprogrammeerde, multi-axiale bewegingscurve kunnen vervolgen. De EPOS2 heeft bovendien analoge en digitale invoer- en uitvoerapparatuur die toegankelijk is via de CANopen-interface. Geprogrammeerde reacties op digitale ingangsignalen zoals positieve/negatieve grenswaarden, uitgangspositie, snelstop en activering/deactivering van aandrijvingen zijn ook mogelijk. De PFIP-toepassing behoort tot de modulaire E/A-stations CANopen-buskoppelaars, waarmee alle aanvullende E/A-apparaten direct via CAN-Bus of via een op ethernet gebaseerde CAN-Gateway aangesproken kunnen worden. De gateway gebruikt een eenvoudig ASCII-protocol voor de configuratie en voor het versturen van meldingen in beide richtingen.

Bij deze toepassing zijn hardware-apparaten op de CAN-Bus aangesloten en worden in een
Master/Slave-configuratie door de PFIP-besturingscomputer (PCC) gecontroleerd. Bij een multi-axiale beweging zou de PCC bijvoorbeeld meerdere bewegingsbesturingen voor de gewenste beweging configureren en deze simultaan met een enkele CANopen-opdracht in werking stellen. In het algemeen werkt de PFIP-bewegingsbesturing met 24V gelijkstroom. Voor hogere traagheidsbelastingen zoals het diafragma is een 48 V voorziening mogelijk die compatibel is met de EPOS2 50/5-besturingen. Om te voldoen aan de specificaties voor de PFIP en de HET moeten alle hardwarecomponenten ook bij temperaturen van -10 °C of lager functioneren. maxon motor heeft een groot aanbod van producten die aan deze temperatuureisen voldoen en waarvan de kwaliteit, betrouwbaarheid en robuustheid aan de eisen van industriële automatiseringsinstallaties voldoen. De architectuur van de HET is in zijn geheel genomen zeer flexibel. Door toevoegen of verwijderen van bewegingsbesturingen, E/A-modules of stroomvoorzieningen zijn aanzienlijke wijzigingen zeer eenvoudig mogelijk. De componenten zijn klein en licht genoeg zodat in de basisconstructie aanvullende delen voor latere uitbreidingen aangebracht kunnen worden.

 © maxon motor ag

Productnavigator

Contact

maxon motor benelux bv

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