PriMActO

Ziele

• Entwicklung einer systematischen Vorgehensweise zum strukturierten Entwurf der Lagerung.
• Entwicklung eines modularen Ansatzes zur Lagerung des Primärspiegels mittels aktiver Optik für den Bau von Leichtgewichtteleskopen.
• Aufbau einer Primärspiegelzelle der 1-m-Klasse mit aktiver axialer und lateraler Lagerung sowie die Integration der Spiegelzelle in ein Teleskopsystem des Projektpartners.

Beschreibung

Teleskope mittlerer Größe mit Durchmessern zwischen 0,6 m und 2,0 m sind aktuell von zunehmender Bedeutung in etablierten wie auch derzeit neu entstehenden Anwendungsgebieten. Optische Kommunikation mit Satelliten im Erdorbit, mit welcher mehr als zehnfach höhere Datenraten möglich sind als mit aktueller Funkübertragung, sowie das Erfassen und Verfolgen der Trajektorien von Weltraumschrott bzw. Space Debris, um das Risiko für funktionelle Satelliten zu minimieren, sind zwei Beispiele für Anwendungsgebiete, für deren gute Funktionalität robuste Teleskope mittlere Größe mit hohem Lichtsammelvermögen eine Grundvoraussetzung sind. Um eine entsprechende Zuverlässigkeit dieser Systeme zu garantieren, ist eine große Anzahl an Bodenstationen erforderlich, die ein geringes Gewicht der Teleskope zum leichten Transport und zur einfache Montage, sowie geringe Produktionskosten wünschenswert macht.

Laborsetup der Primärspiegelzelle mit Aluminiumspiegel.

Um das Gewicht und die Kosten für Produktion, Transport und Montage aktueller, vergleichsweise schwerer, Teleskope in der 1-m-Klasse mit Massen im Bereich von 1500 kg zu reduzieren, können dünne Leichtspiegel eingesetzt werden um das Gewicht des Primärspiegels – der maßgebende Faktor für Produktionskosten und Gesamtgewicht – zu verringern. Damit die gravitationsbedingte Verformung dünner Spiegel nicht die Abbildungsqualität des Leichtbauteleskops beeinträchtigt, ist es das Ziel des vorliegenden Projekts, Methoden für die Entwicklung und die Integration einer aktiven Optik in die Primärspiegelzelle von Teleskopen des Industriepartners, ASA Astrosysteme GmbH, in der 1-m-Klasse zu entwickeln. Die aktive Optik ermöglicht mittels aktiver axialer und lateraler Lagerung eine Formkorrektur des Primärspiegels, um lage- und temperaturabhängige Verformungen zu kompensieren. Durch ein integriertes mechatronisches Systemdesign soll dabei eine extrem leichte Bauweise, eine hohe Abbildungsqualität des Systems und eine kosteneffiziente Lösung erreicht werden. Im Zuge dessen werden ein modulares Konzept für das Systemdesign inklusive Methoden zur optimalen Anzahl und Platzierung der Aktuatoren über die Spiegelfläche, sowie modulare und integrierte mechatronische Aktuator-Sensor-Systeme entwickelt. Mittels optimaler Systemintegration werden dabei das Zusammenspiel der Systemkomponenten, der Systemanforderungen und des Echtzeitregelungssystems systematisch berücksichtigt und leichte Teleskope höchster optischer Qualität ermöglicht.

Anwendungen

• Satellitenkommunikation
• Space Debris Observation

Relevante Publikationen

• C. Schwaer, A. Sinn, P. Keller, and G. Schitter, Design methodology to develop an active optics system for a thin 1-m meniscus mirror, Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems, vol. 6, iss. 4, p. 049002-1–049002-22, 2020.
  [BibTex] [Download]

  @article{TUW-291787,
  author = {Schwaer, Christian and Sinn, Andreas and Keller, Philipp and Schitter, Georg},
  title = {Design methodology to develop an active optics system for a thin 1-m meniscus mirror},
  journal = {Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems},
  year = {2020},
  volume = {6},
  number = {4},
  pages = {049002-1--049002-22},
  doi = {10.1117/1.JATIS.6.4.049002},
  keywords = {active optics, telescopes, mirrors, lightweight design, finite element analysis, mechatronic system design}
  }

• C. Schwaer, A. Sinn, and G. Schitter, Mechatronic Approach towards Lightweight Mirrors with Active Optics for Telescope Systems, in Proceedings of the Joint Conference 8th IFAC Symposium on Mechatronic Systems (MECHATRONICS 2019), and 11th IFAC Symposium on Nonlinear Control Systems (NOLCOS 2019), 2019.
  [BibTex] [Download]

  @InProceedings{TUW-281662,
  author = {Schwaer, Christian and Sinn, Andreas and Schitter, Georg},
  title = {Mechatronic Approach towards Lightweight Mirrors with Active Optics for Telescope Systems},
  booktitle = {Proceedings of the Joint Conference 8th IFAC Symposium on Mechatronic Systems (MECHATRONICS 2019), and 11th IFAC Symposium on Nonlinear Control Systems (NOLCOS 2019)},
  year = {2019},
  volume = {52/15},
  note = {Vortrag: Joint Conference 8th IFAC Symposium on Mechatronic Systems (MECHATRONICS 2019), and 11th IFAC Symposium on Nonlinear Control Systems (NOLCOS 2019), Wien; 2019-09-04 -- 2019-09-06},
  doi = {10.1016/j.ifacol.2019.11.641},
  journal = {IFAC-PapersOnLine/Elsevier},
  keywords = {Active Optics, Meniscus Mirror, System Analysis, Optomechatronics},
  numpages = {6},
  }

Projektpartner

• ASA Astrosysteme GmbH

Funding

• ASAP 15, FFG – Die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft
• ASA Astrosysteme GmbH