Studium Przypadku

GPS dla drogi mlecznej

By  | 

Co dzieje się w sąsiedztwie? Wszyscy jesteśmy ciekawi, choć niektórzy się do tego nie przyznają. Całą ludzkość na Ziemii nurtuje pytanie: Co dzieje się na Drodze Mlecznej? Niewiele wiemy o tym temacie, ponieważ skupiliśmy się dosłownie na najmniejszych szczegółach i przegapiliśmy całość zagadnienia. Jednak projekt OONS zainicjowany przez brytyjskich astronomów ma na celu zmienić ten stan rzeczy. Technologia FAULHABER odegra tutaj znaczącą rolę.

 

Galaktyczny brak wiedzy

Podczas eksploracji naszej własnej galaktyki o kształcie spiralnego dysku naukowcy napotykają na podstawowy problem: Chociaż Ziemia nie znajduje się dokładnie w jej środku, nadal jednak zlokalizowana jest na dysku Drogi Mlecznej. Zatem, chcąc spojrzeć w środek od tego punktu lub zajrzeć za niego na drugą stronę, widok przesłaniają nam niezliczone gwiazdy. Z naszej ziemskiej perspektywy bardzo trudno jest, lub jest to wręcz niemożliwe, by ustalić gdzie na naszym wspólnym dysku się one znajdują. Jednym z rejonów słabo spośród wielu nam znanych, jest gęsta część po środku galaktyki, tam, gdzie rozliczne gwiazdy i chmury gazowe gromadzą się wokół domniemanej czarnej dziury.

Jednak ten znaczący projekt astronomiczny może pomóc wypełnić luki w tej wiedzy. W przedsięwzięcie to zaangażowanych jest osiem instytutów z kilku krajów. Projekt został zainicjowany przez Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO). Ta organizacja naukowa obsługuje jedne z najmocniejszych teleskopów na świecie, na chilijskiej pustyni Akatama. Jest wśród nich Bardzo Duży Teleskop (VLT) w Obserwatorium Paranal, o średnicy lustra 8,2 metra.
Celem projektu jest wyposażenie VLT w nowy przyrząd do rejestracji sygnałów optycznych z kosmosu Przyrząd ten to spektograf, mogący jednocześnie rejestrować wielką liczbę obiektów kosmicznych w zakresie widma widzialnego i w zakresie podczerwieni. To od jego skróconego określenia pochodzi nazwa projektu: Multi-Object Optical and Near-infrared Spectrograph, MOONS – spektograf wielobiektowy. Jest on koordynowany przez Brytyjskie Centrum Technologii Astronomicznej (UK ATC) znajdujące się w stolicy Szkocji, Edynburgu.

Zdj. 1. VLT DWG MON © (eso.org)


Widmo zamiast zdjęcia

W wysokiej jakości aparacie fotograficznym możemy zmieniać obiektyw. W przypadku teleskopu astronomicznego dzieje się wręcz odwrotnie – VLT posiada najlepszej klasy obiektyw. Zastąpimy po prostu aktualnie podłączony „aparat”, na nasze urządzenie MOONS. – Wyjaśnia Dr William Taylor, naukowiec z UK ATC. Dzięki nowej technologii MOONS otwiera całkiem nowe perspektywy w obserwacji kosmicznej, pomimo, iż nie generuje wielkoformatowych obrazów w tradycyjnym rozumieniu tego słowa. Rejestruje natomiast najdrobniejsze detale.

Oto jak działa: Olbrzymi obiektyw i lustro VLT kierowane są ku obserwowanej cześci kosmosu, podobnie jak poprzednio. Teraz końcówki dokładnie 1001 włókien optycznych MOONS zostają nacelowane na poszczególne obiekty w danym rejonie kosmosu. Zamiast rejestrowania całego wybranego obszaru jak ma to miejsce w przypadku aparatu, nowy przyrząd koncentruje włókna na określonych punktach wszechświata. I nawet te punkty nie są po prostu fotografowane, zamiast tego ich światło zostaje rozdzielone przez pryzmaty na poszczególne komponenty, tj. różne długości fal.

Naukowo rzecz biorąc, metoda ta daje nam więcej informacji aniżeli zdjęcie. – Wyjaśnia Dr Taylor. – Na przykład, dowiadujemy się o składzie chemicznym obiektu. Ponadto pozwala nam ona na obliczenie jego dynamiki, tj. prędkości i kierunku ruchu. Ponieważ MOONS rejestruje widmo w zakresie bliskiej podczerwieni, możemy dokładnie przeanalizować przesunięcie ku czerwieni, jakiemu podlega, poddawane jest światło z odległych obiektów przemieszczających się w naszą stronę. Kiedy gwiazda oddala się od Ziemi, długość fali jej światła zwiększa się. W taki sposób część światła widzialnego przesuwa się w stronę niewidzialnego zakresu podczerwieni, nadal będącego blisko widma widzialnego.

Zdj.2. Moons at VLT © (eso.org)


Tysiące obiektów w polu widzenia

Wcześniejsza technologia pozwalała na indywidualną obserwację maksymalnie około setki obiektów wyłącznie w zakresie światła widzialnego. MOONS nie tylko pozwala na dziesięciokrotne powiększenie tej liczby ale także dostarcza bardziej dogłębne i różnorodne informacje. W obrębie Drogi Mlecznej pozwala nam na dokładniejsze przyjrzenie się szczegółom i uzyskanie wyraźniejszego obrazu całości otoczenia.

Jednym z celów projektu jest stworzenie trójwymiarowej mapy Drogi Mlecznej, która umożliwiłaby pewnego rodzaju nawigację GPS w naszej galaktyce. Technologia MOONS dzięki niespotykanej dotąd rozdzielczości pozwala nam także zajrzeć o wiele głębiej w przestrzeń a także bardzo daleko wgłąb czasu. Będziemy mogli przybliżyć zdarzenie Wielkiego Wybuchu, zawężając je do przedziału kilkuset milionów lat. Umożliwi to naukowcom wgląd w początki wszechświata. Jest to obecnie do pewnego stopnia już możliwe, ale, jak twierdzi Dr Taylor, MOONS da nam o wiele wyraźniejszy i bardziej szczegółowy obraz.

Będziemy w stanie odtworzyć mapę wszechświata w niespotykanej dotąd szczegółowości. Astronomowie chcą namierzyć kilka milionów obiektów w ciągu około pięciu lat. Aby osiągnąć ten cel, 1001 włókien optycznych spektografu w sposób szybki i w większości automatyczny zostanie nakierowanych na cele kosmiczne. Jest to możliwe dzięki równej liczbie układów pozycjonujących włókna (FPU). Każdy FPU wyposażono w dwa napędy w postaci silników krokowych zamontowanych do przekładni czołowych o zredukowanym luzie. Napęd znajdujący się z tyłu porusza oś środkową (Alfa) FPU. Zamontowany na nim mimośrodowo układ napędowy, złożony z silnika i przekładni (Beta), porusza jednocześnie końcówką włókna. Połączenie tych dwóch ruchów osiowych pozwala FPU na objęcie kolistego obszaru, w którym dochodzi do losowego nacelowania włókna. Obszar ten częściowo pokrywa się z obszarami przyległych układów FPU. Oznacza to, że możemy kontrolować każdy punkt w rejestrowanej strefie. Aby sprostać trudnym wyzwaniom w odniesieniu do powtarzalności pozycjonowania, która stanowi wymóg konieczny dla uniknięcia kolizji pomiędzy koncówkami FPU, rozwiązanie w zakresie systemu napędowego musi być niezwykle precyzyjne. Aby zagwarantować odpowiednią precyzję oraz uniknąć kolizji pomiędzy końcówkami FPU, układy muszą pracować na wysokim poziomie powtarzalności. Wysokiej jakości silniki krokowe produkowane są przez FAULHABER PRECISTEP; przekładnie bezluzowe od FAULHABER Minimotor umożliwiają dokładność pozycjonowania. Spółka zależna FAULHABER mps, zajmuje się projektowaniem mechaniki modułów.

Zdj. 3. FPU PROTO © (eso.org)


Skonstruowane pod klienta urządzenie celujące

Otrzymaliśmy bardzo cenne wskazówki od wszystkich trzech zaangażowanych firm Grupy FAULHABER. Mówi Dr Steve Watson, odpowiedzialny za rozwój FPU w UK ATC. – Bez ich unikalnego know-how, nie bylibyśmy w stanie samodzielnie opracować zasadniczego modułu w jego obecnej formie, a przede wszystkim w takich ilościach, w jakich są nam potrzebne. Oprócz prędkości osiowania, włókna optyczne muszą być wysoce precyzyjne. Uzyskujemy dokładność 0,2 stopnia oraz powtarzalność pozycji w rzędu 20 mikronów. Biorąc pod uwagę długość FPU oraz jego modułową budowę, są to doskonałe wartości. Układy pozostają prawidłowo wyosiowane we wszystkich pozycjach względem płaszczyzny ogniskowej, na której umiejscowione są moduły.

Wysoka precyzja i wyjątkowa niezawodność komponentów pozwalają na bardzo proste sterowanie, co stanowi kolejny wymóg dla bezproblemowej obsługi spektografu. Złożona elektronika i logika sterowania znacząco pogorszyłyby prędkość oraz synchornizację sterowania 1001 elementami. Dzięki wysokiej jakości komponentów możemy uzyskać precyzyjne wyosiowanie uzyskiwane przy pomocy prostego sterowania otwartej pętli. Technologia musi być niezwykle wytrzymała i dosłownie niewymagająca konserwacji by móc realizować zadania w sposób nieprzerwany przez planowany dziesięcioletni cykl żywotności systemu.

Kierownik projektu Dr Alasdair Fairley spogląda już dalej niż kwestie techniczne: – MOONS pozwala nam czynić postępy. Spodziewamy się, że będziemy mogli zainstalować spektograf latem 2021 roku. Oddanie urządzenia do eksploatacji zajmie około pół roku, a zatem rozpoczniemy mapowanie prawdopodobnie na początku roku 2022. Jesteśmy przekonani, że FPU będzie działać niezawodnie przez 10 lat, bez konieczności jego konserwacji.

Zdj. 4. Full instrument © (eso.org) 

 

www.faulhaber.com/m/spectrograph/en


FAULHABER specjalizuje się w rozwoju, produkcji i wdrażaniu wysoce precyzyjnych systemów napędów miniaturowych, serwokomponentów i elektroniki napędowej o mocy wyjściowej do 200 W. Firma zajmuje się produkcją rozwiązań konstruowanych pod specjalne wymagania klienta oraz oferuje szeroki wybór produktów standardowych, takich jak silniki bezszczotkowe, miniaturowe silniki DC, enkodery czy sterowniki ruchu. Marka FAULHABER jest uznawana na całym świecie za symbol najwyższej jakości i niezawodności w kompleksowych i wymagających obszarach zastosowań, takich jak technologia medyczna, automatyka przemysłowa, optyka precyzyjna, telekomunikacja, przemysł lotniczy i kosmiczny oraz robotyka. Od potężnego silnika DC z momentem obrotowym ciągłym 200 mNm po filigranowy mikronapęd o średnicy 1,9 mm – standardową ofertę FAULHABER można konfigurować na 25 milionów sposobów dla odpowiedniej optymalizacji w określonym zastosowaniu. Taka technologiczna baza możliwości konstrukcyjnych stanowi podstawę do wprowadzania najróżniejszych modyfikacji, umożliwiających sprostanie najbardziej wymagającym potrzebom klientów.

www.faulhaber.com


FAULHABER Polska sp. z o.o.
Ul. Górki 7
60-204 Poznań
Sales Departement
Phone : +48 61 278 72 53
Fax : +48 61 278 72 54
info@faulhaber.pl


 

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *