Hexapodsysteme von Physik Instrumente (PI) im Einsatz für die größte bodengebundene Teleskopan-lage ALMA

50 Hexapodsysteme von Physik Instrumente (PI) im Einsatz für die größte bodengebundene Teleskopan-lage ALMA

13 Milliarden Lichtjahre im Fokus

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

Die Antennen des ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)-Observatoriums empfangen elektromagnetische Strahlungen mit Millimeter- und Submillimeterlänge und bilden die höchstentwi-ckelte Teleskopanlage der Welt. Sie liefert Erkenntnisse in bisher unerreichter Auflösung über die Entstehung neuer Galaxien, Sterne und Planeten, aber auch über Sternensysteme des frühen Univer-sums, 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 Heraus-forderungen 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 Mecha-nik, um den Strahlengang optimal zu halten. Abweichungen entste-hen beispielsweise durch die Nachführung der Antennen, um die Erdrotation auszugleichen, durch eine Verbiegung der Teleskopauf-bauten 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 Bogense-kunden-Bereich. Aufgrund der Parallelkinematik ist der Aufbau der Positioniersysteme wesentlich kompakter und steifer als bei seriell-gestapelten Mehrachsensystemen und führt zu einer höheren Re-sonanzfrequenz. Da nur eine einzige Plattform bewegt wird, ist die bewegte Masse geringer. Daraus resultieren ein schnelleres An-sprechen 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 Positionsre-gelung 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 Er-kenntnisse des ALMA-Observatoriums sind von hoher wissen-schaftlicher Bedeutung und belegen die Leistungsfähigkeit der Ra-dioteleskope und ihrer Präzisionsbauteile.

Über PI
Das Unternehmen Physik Instrumente (PI) ist für die hohe Qualität seiner Produkte bekannt und nimmt seit vielen Jahren eine Spitzen-stellung auf dem Weltmarkt für präzise Positioniertechnik ein. Seit 40 Jahren entwickelt und fertigt PI Standard- und OEM-Produkte mit Piezo- oder Motorantrieben. Mit vier Sitzen in Deutschland und zehn ausländischen Vertriebs- und Serviceniederlassungen ist die PI Gruppe international vertreten.

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 astronomi-sche 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.