Selbst Teleskope für Weltraumforschung brauchen Grenzen

Bis zur Unendlichkeit und noch viel weiter

Rund um den Globus tasten Teleskope und Antennen ständig den Nachthimmel ab und beobachten im Rahmen bahnbrechender Forschung das elektromagnetische Spektrum unseres Universums. Während die ersten Teleskope ausschließlich sichtbares Licht erfassen konnten, können Observatorien heutzutage auch Funk- und Mikrowellen aufspüren. Was die Forschung auf diesem Gebiet enorm vorangebracht hat, ist die Entdeckung der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (cosmic microwave background, CMB), ein Überbleibsel des Urknalls. Hochempfindliche Teleskope und Antennen, die weit entfernt von Quellen elektromagnetischer Störungen aufgestellt sind, beobachten den Weltraum in diesem Spektrum, um die Entstehung, die Ausdehnung und die Zusammensetzung unseres Universums zu erforschen.

Da sich die Erde dreht, müssen sich Teleskope und Antennen axial und in der Höhe bewegen, um auf einen bestimmten Himmelsausschnitt ausgerichtet zu bleiben. Manchmal müssen die Schüsseln und Empfänger auch gedreht werden, um den Empfang der Signale aus dem All zu optimieren. Allerdings sind der Rotation von Teleskopen aufgrund von Verkabelung, Kühlschläuchen und mechanischen Gegebenheiten Grenzen gesetzt – und hier kommen die Getriebe-Nocken-Endschalter von Stromag ins Spiel.

Das äußere Limit

Marco Niehnus, Global Product Manager Controls bei Stromag, erklärt: „Wir sind ein weltweit tätiger Hersteller von Antriebslösungen und eine führende Marke der Altra Industrial Motion Corporation. In unserem Werk im nordrhein-westfälischen Unna stellen wir eine breite Palette von Getriebe-Nocken-Endschaltern für das Verlangsamen und Anhalten bei voreingestellten Grenzwerten her. Typischerweise werden diese Komponenten an Kranen verbaut, um die Bewegung von Lasten zu begrenzen, aber einer unserer Kunden, die CPI VERTEX ANTENNENTECHNIK GmbH, setzt unsere Produkte bei seinen Teleskopen und Antennen für die Weltraumforschung ein.“

CPI VERTEX ANTENNENTECHNIK ist ein weltweiter Lieferant für Bodenstationen, Präzisionsantennensysteme und Radioteleskope. Als Experte auf diesem Gebiet unterstützt das Unternehmen mit seinen Systemen Raumfahrtbehörden und führende akademische Forschungsprojekte. CPI VERTEX ANTENNENTECHNIK mit Sitz in Duisburg verwendet die Getriebe-Nocken-Endschalter von Stromag, um die hochsensiblen Anlagen vor Schäden zu bewahren. Daher sind die Getriebe-Nocken-Endschalter von Stromag wichtige Elemente in den Teleskopen.

„Wir arbeiten eng mit der Konstruktions- und Engineering-Abteilung von CPI VERTEX ANTENNENTECHNIK zusammen, um auf Projektbasis bei der Spezifikation von Endschaltern zu helfen“, fährt Marco Niehnus fort. „Endschalter werden normalerweise benötigt, um die axiale Drehung, die Elevation und die Polarisationsbewegungen des Systems zu begrenzen. Im Rahmen dieser technischen Partnerschaft hat CPI VERTEX ANTENNENTECHNIK bei uns Endschalter für Geräte angefragt, die für ein neues Observatorium in Chile bestimmt sind.”

Wer den Raum kontrolliert …

Das Simons-Observatorium entsteht 5.200 m über dem Meeresspiegel im Chajnantor Science Preserve und ist damit eine der höchstgelegenen Teleskopanlagen der Welt. Es ergänzt das bereits in Betrieb befindliche Atacama Cosmology Telescope (ACT) und das Simons Array und wird die zukünftige CMB-Forschung durch mehrere neue Teleskope¹ und Kameras mit hochmodernen Detektorarrays unterstützen. Das Observatorium wird von der Simons Foundation betrieben und finanziert, zu der auch die University of Pennsylvania, Princeton University, die University of California, San Diego, die University of California, Berkeley, und das Lawrence Berkeley National Laboratory sowie andere Einrichtungen in aller Welt gehören ².

„Wir haben für das Projekt Getriebe-Nocken-Endschalter der Baureihe HGE und HEG geliefert. Sie begrenzen die Axial-, Elevations- und Polarisationsbewegungen der Teleskope und der Antenne. Die Schaltgeräte haben jeweils zwei Kontaktpunkte an der oberen und unteren (bzw. linken und rechten) Endlage, wobei der erste Kontaktpunkt die Verlangsamung der Bewegung startet und der zweite die Bewegung zum Stillstand bringt. Wir konstruieren jeden Getriebe-Nocken-Endschalter von der oberen bis zur unteren Endlage mit einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen, die wir durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses kundenspezifisch anpassen. Wir können eine Schaltpunkt-Wiederholgenauigkeit von 1/1000 des Verfahrweges anbieten. Bei 20 m Verfahrweg entspricht das einer Genauigkeit der Endschalter-Einstellung von 20 mm. Diese hohe Genauigkeit ist für empfindliche Geräte, die wissenschaftliche Daten sammeln, wie eben Teleskope oder Antennen, sehr wichtig“,

Getriebe-Nocken-Endschalter von Stromag sind sehr einfach einzustellen. Durch Einstellung eines Schneckengetriebes lässt sich die Endlage nach Wunsch festlegen. Das Schneckengetriebe ist selbsthemmend, sodass eine einmal eingestellte Position sich nicht mehr verändert. Zudem ist der Anbau eines Encoders möglich, um den Steuerungssystemen Informationen über die aktuelle Position zwischen den Kontakten zu liefern. Die Kontakte sorgen für das sichere Anhalten der Antenne am Ende des Verfahrweges.

Galaktische Allianz

„Durch die Nähe zur CPI VERTEX ANTENNENTECHNIK können wir bei Bedarf direkt mit den entsprechenden Fachabteilungen über die Spezifikationen und Anforderungen sprechen. Bei so anspruchsvollen Anwendungen wie Antennen und Teleskopen ist das ein riesengroßer Vorteil. Bei allen Projekten können wir bereits in der Design-Phase mit den Endschalteraspekten aktiv mitwirken. Dadurch sind wir in der Lage, die denkbar beste Lösung zu liefern“, schwärmt Marco Niehnus.

Die Bauarbeiten für das Simons Observatory begannen am 30. Juni 2019. Es wird also nicht mehr lange dauern, bis die fünfjährige Entdeckungsreise in den CMB und unser Universum beginnt³. Die Astrophysiker des Observatoriums erforschen die Physik des frühen Universums, der dunklen Energie, der Neutrinos und der Schwerkraft⁴ – eine der wenigen Grenzen der Forschung werden dabei die Endlagen sein, die sicher und präzise den Bewegungsradius der Teleskope und Antennen einschränken.

Quellen
1: https://simonsobservatory.org/large-aperture-telescope/ and https://simonsobservatory.org/small-aperture-telescopes/ finden Sie weitere Informationen zu den Teleskopen
2: https://simonsobservatory.org/
3+4: https://www.princeton.edu/news/2019/07/10/simons-foundation-commits-20-million-quest-understand-universes-beginning