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Übersicht

50 Hexapodsysteme im Einsatz für die größte bodengebundene Teleskopanlage ALMA

13 Milliarden Lichtjahre im Fokus

In 50 Antennen der ALMA-Teleskopanlage in der Atacama-Wüste in Chile werden hochpräzise Hexapoden und Controller von PI eingesetzt. Sie positionieren unter extremen Umgebungsbedingungen die Subreflektoren zu den großen Hauptreflektoren der Radioteleskope.

Die Antennen des ALMA-Observatoriums empfangen elektromagnetische Strahlungen mit Millimeter- und Submillimeterlänge und bilden die höchstentwickelte Teleskopanlage der Welt.

Sie liefert Erkenntnisse in bisher unerreichter Auflösung über die Entstehung neuer Galaxien, Sterne und Planeten, aber auch über Sternensysteme des frühen Universums, die zum Teil mehr als 13 Milliarden Lichtjahre entfernt sind.

Die Anforderungen an die Leistung der Technik sind hoch: Geringer Luftdruck, Temperaturunterschiede von bis zu 50 Grad Celsius, starke Winde, Staub, Regen und Schnee sind zusätzliche Herausforderungen in 5000 Metern über dem Meeresspiegel.

PI ALMA Montage

Techniker installieren einen PI Hexapoden am Subreflektor eines ALMA-Teleskops

Hexapoden halten die Subreflektoren im Fokus

Hier bringt PI sein technologisches Wissen und seine langjährige Erfahrung in der Mikro- und Nanostelltechnik ein. 

Die Subreflektoren kompensieren äußere Einflüsse auf die Mechanik, um den Strahlengang optimal zu halten. Abweichungen entstehen beispielsweise durch die Nachführung der Antennen, um die Erdrotation auszugleichen, eine Verbiegung der Teleskopaufbauten aufgrund von Gravitation, durch thermische Effekte oder durch Windlast. 

Die Hexapodsysteme mit sechs Freiheitsgraden der Bewegung sind hinter den Subreflektoren montiert und ermöglichen eine 6D-Positionierung mit Auflösungen im Submikrometer- und Bogensekunden-Bereich. Aufgrund der Parallelkinematik ist der Aufbau der Positioniersysteme wesentlich kompakter und steifer als bei seriell-gestapelten Mehrachsensystemen und führt zu einer höheren Resonanzfrequenz. Da nur eine einzige Plattform bewegt wird, ist die bewegte Masse geringer. Daraus resultieren ein schnelleres Ansprechen und höhere Dynamik.

Für den Einsatz der Hexapoden in den ALMA-Antennen entwickelte und fertigte PI hochsteife Gelenke, die auch unter den extremen Umgebungsbedingungen zuverlässig arbeiten. Die Hexapoden können so die Position der Subreflektoren präzise über mehrere Millimeter Stellweg nachführen.

PI ALMA Controller
Digitaler Hexapodcontroller mit vergrößerter Oberfläche zur lüfterlosen Kühlung

Leistungsstarker Controller und hochauflösende Positionserfassung

Die Bauteile der Digitalcontroller zur Ansteuerung und Positionsregelung der Hexapoden wurde speziell an den verminderten Luftdruck angepasst. 

Die leistungsstarke Digitaltechnologie kombiniert mit inkrementellen Positionssensoren und optische Referenzsensoren in den Einzelbeinen der Hexapoden führen zu einem hochauflösenden Mess- und Regelungssystem, das eine hochpräzise Positionierung der Subreflektoren ermöglicht.

Erfolgreiche Inbetriebnahme

Die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Positioniersysteme konnte PI vor Inbetriebnahme des Observatoriums in der ALMA VertexRSI Testantenne der General Dynamics Tochter Vertex Antennentechnik zeigen. Auch das technologische Vorläuferprojekt von ALMA, das Radioteleskop des Atacama Pathfinder Experiment (APEX) in Chile, nutzt erfolgreich das sechsachsige Positioniersystem. 

Die bisher erhobenen Messdaten und die daraus gewonnen Erkenntnisse des ALMA-Observatoriums sind hoher wissenschaftlicher Bedeutung und belegen die Leistungsfähigkeit der Radioteleskope und ihrer Präzisionsbauteile. 

PI ALMA Antennas Appl
ALMA in Betrieb: Radioteleskope der Vertex Antennentechnik GmbH auf Empfang (Bild: ESO/NAOJ/NRAO, J. Guarda)

Über ALMA

ALMA steht für Atacama Large Millimeter/submillimeter Array und befindet sich auf dem Chajnantor-Plateau in der Atacamawüste in den nordchilenischen Anden. Es ist eine internationale astronomische Einrichtung, die gemeinsam von Europa, Nordamerika und Ostasien in Zusammenarbeit mit der Republik Chile getragen wird. Die Konstruktion und der Betrieb der Antennen werden für Europa von der europäischen Südsternwarte (ESO) geleitet. Am 13. März 2013 wurde ALMA offiziell in Betrieb genommen.

PI ALMA
Hauptreflektor und Subreflektor eines Vertex-Radioteleskops (Bild: ESO/NAOJ/NRA, Elisabeth Stenvers)
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Wetterbeständiger Hexapod
Präzisionshexapod für die Astronomie

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