Optiksystem Diese Technik steckt im Extremely Large Telescope

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In der chilenischen Wüste wird aktuell das „Extremely Large Telescope“ ELT gebaut. Mit seinen adaptiven Spiegeln sind extrem hochauflösende Bilder möglich. Unter anderem werden hier Stromversorgungsmodule von Vicor verbaut.

Angetrieben vom Wunsch, die Ursprünge des Universums zu verstehen, erforscht die Menschheit den Weltraum. Für die italienische Firma Microgate ist der Blick in den Nachthimmel jedoch nicht nur Inspiration, sondern auch täglich Brot: Das Ingenieursteam des Unternehmens entwickelt Motorsteuerungssysteme für riesige, erdgebundene Teleskope. Es setzt dabei unter anderem auf eine Stromversorgungslösungen von Vicor.

Erforschung des Weltraums mit den größten Teleskopen der Erde

Microgate baut zusammen mit der Europäischen Südsternwarte (ESO), einer internationalen Forschungsorganisation für bodengebundene Astronomie, die adaptiven Spiegel für die neueste und größte Generation der „Extremely Large Telescopes“ (ELTs). Sie sind die Basis für die Erforschung von Galaxien, Sterne und Planeten. Die Aufgabe dieser Teleskope ist es, Licht aus der fernen Vergangenheit einzufangen, um mehr über die Ursprünge unseres Universums zu erfahren.

Das neue ESO-ELT nutzt ein System aus fünf speziellen Spiegeln (M1 - M5). Der Primärspiegel M1 hat einen einzigartigen Durchmesser von 39 Meter; er sammelt die wenigen verfügbaren Photonen von fernen Sternen und Galaxien. Besonders interessant ist auch der M4-Spiegel des ESO-ELT. Er hat einen Durchmesser von 2,4 Meter und besteht aus hochspezialisiertem, etwa 1,9 Millimeter dickem Glas. Um den Spiegel zu verformen werden Linearmotoren verwendet, die von einem präzisen Stromtreiber und einer Reihe von Permanentmagneten angetrieben werden. Dieser Prozess wird über die gesamte Oberfläche des Spiegels mit 5.316 Motoren durchgeführt, die jeweils einen Achsabstand von etwa 30 Millimetern haben.

Der adaptive Spiegel schwebt physikalisch auf dem Magnetfeld, das von den Motorspulen erzeugt wird. Dadurch kann ein dedizierter Steuerstrom den Spiegel lokal verformen und die Form mit Hilfe einer entsprechenden Anzahl hochempfindlicher kapazitiver Positionssensoren mit einer Genauigkeit im Nanometerbereich (Millionstel Millimeter) korrigieren. Durch den Einsatz elektronischer Systeme, die mit einer Frequenz von circa 100 kHz arbeiten, können die Microgate-Teams die Form des Spiegels innerhalb einer Millisekunde völlig neu definieren. Das Ergebnis ist ein extrem scharfes und sauberes Bild, ohne dass ein Teleskop ins All geschossen werden muss.

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Module mit hoher Leistungsdichte steuern die adaptive Optik

Die präzise Handhabung und das Wärmemanagement des adaptiven Optiksystems sind von entscheidender Bedeutung: Alle exponierten Oberflächen müssen nahe der Umgebungstemperatur gehalten werden, um lokale Turbulenzen zu vermeiden. Begrenzte Platzverhältnisse erschweren die Anforderungen an das Stromversorgungssystem zusätzlich.

Microgate hat sich speziell für die Stromversorgungsmodule der Serie DCM3623 von Vicor entschieden, um diesen Prozess mit Strom zu versorgen. Die Stromversorgungsplatine ist an der Unterseite der gasgekühlten Kühlplatte montiert und jedes Modul versorgt bis zu 36 Motorkanäle mit Strom, wodurch eine aufwendige Verkabelung entfällt.

Großwälzlager und Drehantriebe

Diese Mechanik bringt die Weltraumforschung voran

„Die hocheffizienten und leistungsstarken Module von Vicor sind sehr kompakt und zuverlässig, und benötigen nur wenig Platz auf der Leiterplatte“, sagt Gerald Angerer, Hardware-Ingenieur bei Microgate. “Diese miniaturisierten Wandler sind für uns die beste Wahl. Wir verwenden sie seit über zehn Jahren und es gibt derzeit keinen vergleichbaren Ersatz.“

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