50 Hexapodsysteme von Physik Instrumente (PI) im Einsatz für die größte bodengebundene Teleskopanlage ALMA

Die Antennen des ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)-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.

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, durch 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 seriellgestapelten 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.

Leistungsstarker Controller und hochauflösende Positionserfassung
Die Bauteile der Digitalcontroller zur Ansteuerung und Positionsregelung der Hexapoden wurden 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 von hoher wissenschaftlicher Bedeutung und belegen die Leistungsfähigkeit der Radioteleskope und ihrer Präzisionsbauteile.

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