Umfassende Modernisierung
Bild 02: Die gewaltigen Massen des Teleskops werden mit Twincat 3, Embedded-PC und Motion Control von Beckhoff exakt auf Sterne und Galaxien ausgerichtet sowie präzise nachgeführt. (Quelle: Beckhoff)
Bild 03: Das Quijote-I-Teleskop mit den Achsen zur vertikalen Ausrichtung (Elevation) und Instrumenten- Schränken. (Quelle: Beckhoff)
Bild 04: Embedded-PC CX2040 mit Ethercat-Klemme EL6688 zur Synchronisation über das
Precision Time Protocol IEEE1588 (Quelle: Beckhoff)
Bild 05: Daniel Casco (Beckhoff Spanien), Saúl Menendez (IAC), Roberto Iraola (Beckhoff Spanien) sowie Panchi Gomez und Jose Miguel Herreros (beide IAC) während der Migration von Twincat 2 auf Twincat 3 des Quijote-I-Teleskops Ende 2022 (v.l.n.r.). (Quelle: Beckhoff)
Die Teleskope Carlos Sánchez (TCS) und IAC80 des Teide-Observatoriums auf Teneriffa werden von den Astronomen über Computeranwendungen manuell gesteuert, die bereits in den 1990er-Jahren entwickelt wurden. Diese Anwendungen umfassen neben der Bewegungssteuerung auch die Steuerung der Subsysteme wie Kuppel, Fenster, Tore, Abdeckungen sowie die Überwachung der Wetterstation, Alarme und GPS-Signale. Dieses Steuerungssystem bestand anfangs aus einem PC mit Einsteckkarten für die Kommunikation mit den Subsystemen. Die Bedienung erfolgte über einen weiteren PC, der über RS-232 mit dem Steuerrechner kommunizierte. Obwohl einige Modernisierungsmaßnahmen vorgenommen wurden, basiert ein Großteil des Steuerungssystem immer noch auf inzwischen völlig veralteten Komponenten.
Ein Mitte 2019 gestartetes und noch nicht abgeschlossenes Projekt hat das Ziel, die Steuerungen dieser Teleskope auf eine moderne und robuste Soft- und Hardware zu migrieren und dabei eine zeitgemäße Fernsteuerung (remote control) zu realisieren. Diese künftige High-Level-Steuerungssoftware wird auf dem Open-Source-Betriebssystem ROS (Robot Operating System) basieren; die darunterliegende Steuerungsarchitektur wiederum auf Ethercat und Twincat 3 von Beckhoff. Um die technischen Risiken des Projekts zu reduzieren, wurde ein Teleskop-Simulator entwickelt, der das Antriebssystem und das Datennetzwerk der Teleskope repräsentiert und als virtueller Prüfstand für die Entwicklung und Erprobung des neuen Systems dient. Erst nach ausgiebigen Tests folgt die Implementierung auf Teleskopebene. Darüber hinaus wird die Eignung von Twincat Vision für die automatische Sternverfolgung mit Teleskopen untersucht. Für die Erprobung wurde ein Autoguidingsystem definiert, das ebenso für weitere Teleskopnachführungen verwendet werden kann.
Anderer Standort, gleiche Technologie
Das Observatorium Roque de los Muchachos (ORM) am Rande des Nationalparks Caldera de Taburiente in 2 396 m Höhe in der Gemeinde Garafía (La Palma) verfügt über eine der umfassendsten Teleskoptechnologien der Welt. Dank der klaren Atmosphäre und weit ab von störenden Lichtquellen gelegen, bietet dieses Observatorium die besten Voraussetzungen für astronomische Forschungen. Daher konzentrieren sich an diesem Standort einige der größten Teleskopprojekte sowie die neue Generation Cherenkov-Teleskope zur Erforschung des Universums anhand sehr energiereicher Gammastrahlen.
Derzeit verfügt das Observatorium mit dem „Gran Telescopio de Canarias“ (GTC) über das größte optische und Infrarot-Teleskop der Welt sowie 20 weitere Teleskope und astronomische Instrumente, zum Beispiel für nächtliche, robotische, sonnenphysikalische und astrophysikalische Beobachtungen mit hoher Energie. Mit diesen Teleskopen wurden bereits große Fortschritte bei der Erforschung des Universums erzielt, wie die am weitesten entfernte Galaxie ermittelt oder die Existenz von schwarzen Löchern und die beschleunigte Expansion des Universums bestätigt.
Teleskop der Superlative
Das GTC ist mit 10,4 m Spiegeldurchmesser das größte Teleskop dieser Sternwarte, dessen Planung bereits 1994 begann und rund 15 Jahre später in den wissenschaftlichen Betrieb ging. Da die Technologie des damals spezifizierten Steuerungssystems veraltet war, wurde es inzwischen durch PC-based Control ersetzt. Bei dieser Gelegenheit wurden auch Subsysteme, wie die Gebäudeautomation und die Beleuchtungssysteme, integriert. „Dank der offenen PC-basierten Technologie und der Erfahrung, die Beckhoff in der Gebäudeautomatisierung hat, können wir auch diese Subsysteme realisieren“, so R. Iraola.
Die enge Zusammenarbeit zwischen Beckhoff und GTC erstreckt sich nicht nur auf die Modernisierung, sondern auch auf die Entwicklung neuer Technologien wie Instrument Calibration Modules (ICM). Bei wissenschaftlichen Instrumenten ist es üblich, für deren Kalibrierung ein ICM zu verwenden. Beim GTC besteht dieses System aus einer Reihe von Leuchten mit definierten Wellenlängen sowie einer Mechanik zur Positionierung eines Parabolspiegels, der das Licht auf den Teleskopspiegel reflektiert. Mit PC-based Control werden die Spektral- und Glühlampen dieses ICM angesteuert und gedimmt. Zusätzlich wurde eine CANopen-Schnittstelle (Master) für den Betrieb mit der bestehenden CANopen-Infrastruktur implementiert.
Mit dem ICM-FC folgte 2018 ein weiteres Calibration Module. Bei diesem Projekt wurde Twinsafe eingesetzt, um Bewegungen des Spiegels und die Ansteuerung der Beleuchtung auszuschließen, wenn Personen in der Nähe sind. Darüber hinaus ist bei diesem ICM die Steuerung der Stromversorgung von Hohlkathodenlampen integriert. Weitere Projekte wie die Überwachung und Steuerung der Kompressoren des Heliumtanks und deren Kältemittel wurden ebenfalls mit Beckhoff Technologie realisiert.
Literatur
- Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC), Universität La Laguna, Spanien: www.iac.es
- Beckhoff Automation GmbH & Co. KG, Verl: www.beckhoff.com/science