Integrierte Servomotoren von JVL in riesigem Radioteleskop-Array in Chile

 

Ende des Jahres 2008 erhielt JVL einen Auftrag von unserem spanischen Händler Elmeq S.L., bei dem um Motoren ging, die in einem riesigen Radioteleskop (ALMA) in Chile in Südamerika installiert werden sollten. Der Auftrag umfasste 63 integrierte MAC800-D5 Servomotoren und 63 integrierte MAC140-A1 Servomotoren.

 

ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) ist eines der größten bodengebundenen Astronomieprojekte der kommenden zehn Jahre und eine neue astronomische Einrichtung von weltweiter Bedeutung. ALMA wird aus einer riesigen Anordnung von 12-Meter-Antennen im Submillimeterbereich mit Grundlinien von mehreren Kilometern bestehen. Ein zusätzliches kompaktes Array aus 7m- und 12m-Antennen ist ebenfalls vorgesehen. Die Konstruktion von ALMA begann 2003 und wird 2012 abgeschlossen werden. Beim ALMA-Projekt handelt es sich um eine internationale Zusammenarbeit zwischen Europa, Japan und Nordamerika in Kooperation mit der Republik Chile. Astronomen rechnen damit, dass ALMA äußerst wichtige Beiträge für verschiedene wissenschaftliche Spezialgebiete leisten wird.

 

1. ALMA wird eine herausragende Rolle beim Studium der ersten Sterne und Galaxien dienen, die vor Milliarden von Jahren aus dem kosmischen dunklen Zeitalter auftauchten. Diese Objekte werden jetzt in großer kosmischer Entfernung gesehen, wobei der größte Teil ihres Lichts durch die Expansion des Universums in Wellenlängen im Millimeter- und Submillimeter-Bereich gedehnt wurde.

 

2. Im näheren Universum wird ALMA noch nie dagewesene Möglichkeiten bieten, um die Prozesse bei der Bildung von Sternen und Galaxien zu studieren. Unbehindert vom Staub, der Beobachtungen im sichtbaren Licht behindert, wird ALMA Einzelheiten über junge, noch im Entstehen begriffener Sterne enthüllen, sowie über junge Planeten, die sich noch in der Entwicklung befinden.

 

3. Schließlich wird ALMA den Wissenschaftlern ermöglichen, Einzelheiten über die komplexen chemischen Vorgänge in den riesigen Gas- und Staubwolken zu erfahren, aus denen Sterne und Planetensysteme hervorgehen. Auch viele andere astronomische Spezialgebiete werden von ALMA profitieren, unter anderem:

- Kartierung von Gas und Staub in der Milchstraße und anderen Galaxien.

- Erforschung gewöhnlicher Sterne.

- Analyse der Gase von einem Vulkanausbruch auf dem Jupitermond Io.

- Erforschung der Entstehung des Solarwinds.

 

Antennen

Die Antenne ist das Herz von ALMA. Es handelt sich um die hochwertigsten Radioteleskope, die je gebaut wurden, und sie müssen ihre präzise Form unter den Belastungen des Betriebs an einem abgelegenen Ort in großer Höhe auf der Hochebene Llano de Chajnantor bewahren. Der Standort bietet die für den Betrieb mit mm/submm-Wellenlängen benötigte außergewöhnliche Trockenheit und den klaren Himmel, es gibt jedoch auch große tägliche Temperaturschwankungen und kräftige Winde um die Mittagszeit. Die ALMA Antennen arbeiten problemlos unter diesen extremen Bedingungen, so dass ALMA den hervorragenden Standort in vollem Umfang ausnutzen kann. Die Spezifikationen der einzelnen Antennen sind 2 arcsec absolute Ausrichtung über den ganzen Himmel, 0,6 arcsec Nachführung und eine Flächengenauigkeit von 25 Mikrometer RMS. Das sind sehr strenge Spezifikationen für Radioteleskope unter den harten Witterungsbedingungen in 5050m Höhe.

 

Die ALMA Antennen werden in einer Höhe von 5050 Metern arbeiten. Das Antennen-Array kann neu konfiguriert werden, um die Anforderungen an die Bildgebung zu erfüllen, indem die Antennen am Einsatzort (Array Operations Site, AOS) umgesetzt werden. Es gibt eine kompakte Konfiguration, bei der alle Antennen in einem Gebiet von 160 x 250 Metern arbeiten, und eine erweiterte Konfiguration, bei denen der maximale Abstand zwischen den Antennen bis etwa 15 km betragen kann. Um die Antennen, die jeweils mehr als 100 Tonnen wiegen, fortzubewegen, wurde im Rahmen des ALMA-Projekts ein spezielles Transportfahrzeug konstruiert und zwei Exemplare gebaut. Diese Transporter sind wirklich einzigartig. Sie transportieren zunächst die Antennen vom Basislager, in dem diese zusammengebaut werden (OSF) (2900 Meter) zu bestimmten Positionen am AOS (5000 Meter). Nach dem ersten Transport vom OSF dienen sie zum Umsetzen der Antennen auf dem AOS - in eine kompakte oder erweiterte Konfiguration - und positionieren die Antennen mit einer Präzision von wenigen Millimetern. Darüber hinaus sollen die Transporter die Antennen auch zur gründlichen Wartung und Reparatur vom AOS zum OSF befördern.

 

Detektortechnologie
Die Empfangssysteme von ALMA werden die Gesamtheit des elektromagnetischen Spektrums abdecken, das sich von der Erdoberfläche mit Wellenlängen von 0,3 mm bis 9,6mm beobachten lässt. Im Zentrum des Empfangssystems befinden sich empfindliche supraleitende Tunnelübergangs-Mischer, die bei nur 4 Kelvin (269°C unter Null) arbeiten. Zusammen werden die Mischersysteme der ALMA Antennen das größte supraleitende elektronische Empfangssystem der Welt bilden.

Signalverarbeitung
ALMA erzeugt Bilder, indem die Signale der einzelnen Antennen kontinuierlich mit den Signalen aller anderen Antennen kombiniert werden. Es gibt 1.225 derartige Antennenpaare. Von jeder Antenne wird eine Bandbreite von 16 GHz vom beobachteten astronomischen Objekt empfangen. Diese Daten werden von der Elektronik digitalisiert und mit einer Rate von mehr als 16.000 Million-Million (1,6 x 1016) Operationen pro Sekunde numerisch verarbeitet. Aus den verarbeiteten Daten werden astronomische Bilder konstruiert.

 

Die integrierten Motoren von JVL

Die integrierten Servomotoren von JVL werden für Geräte zur Amplitudenkalibrierung (Amplitude Calibration Devices, ACD) in den Antennen eingesetzt. Insgesamt gibt es 63 Antennen, alle mit eigenem Kryostat, Empfängerbändern und Amplitude Calibration Device. Diese Kalibriergeräte werden von der spanischen Firma NTE S.A. gebaut.

 

NTE ist für die Entwicklung hervorragender Subsysteme für astronomische Teleskope auf Weltniveau und zugehörige optische Instrumente bekannt. Das Unternehmen hat sich auf die Produktion von präzisen Ausrichtungs- und Positioniersystemen für optische Komponenten (Spiegel, Linsen, Filter, etc.) spezialisiert. Diese Systeme werden in den Einrichtungen der Firma zusammengebaut, integriert, gekennzeichnet und überprüft, um später geliefert, vor Ort kalibriert und abgenommen zu werden.

 

 

 

 

 

 

 

 

Die Amplitudenkalibriergeräte von ALMA werden 5050 Meter über dem Meeresspiegel installiert. Hier liegt der Luftdruck bei 550mbar ±60mbar und die Temperatur kann zwischen -20°C und 40°C schwanken.

 

NTE hat die integrierten MAC Motoren von JVL gewählt, weil sie die Anforderungen an das Drehmoment erfüllten und mit dem Motor-Controller, dem Motorverstärker und einem CAN Bus-Kommunikationsmodul eine vielseitige integrierte Lösung darstellen, die die Verkabelung vereinfacht und eine einfache Befehlsübermittlung ermöglicht.

 

JVL ist stolz darauf, zu diesem Projekt beigetragen zu haben und sieht es als Beweis für unsere Leistungen und die Qualität und Zuverlässigkeit unserer Produkte.

 

Text (teilweise) und Fotos: mit freundlicher Genehmigung von
www.almaobservatory.org, www.eso.org. und NLE S.A.