Ausrichtungs- und Inspektionsarbeiten am weltgrößten Radioteleskop

Das Radioteleskop RATAN-600 (ein Akronym für „Radioteleskop der Akademie der Wissenschaften – 600”) befindet sich Selentschukskaja in der Republik Karatschai-Tscherkessien in Russland. Es besteht aus einem Kreis mit 576 Metern Durchmesser, in dem 895 rechteckige Radioreflektoren sowie Sekundärreflektoren und Empfänger angeordnet sind und der sich auf einer Höhe von 970 Meter befindet. Das RATAN-600 wird von der Russischen Akademie der Wissenschaften betrieben.

Jeder der 2 x 7,4 m großen Reflektoren lässt sich so einrichten, dass eintreffende Radiowellen entweder zu einem zentralen konischen Sekundärspiegel oder zu einem von fünf Parabolzylindern geleitet werden. Jeder Sekundärreflektor ist mit einer Instrumentenkabine mit unterschiedlichen Empfängern und Instrumenten verbunden.

Beim Einsatz des zentralen kegelförmigen Empfängers funktioniert das Teleskop wie eine teilweise steuerbare Antenne mit der Maximalauflösung einer Parabolantenne mit einem Durchmesser von nahezu 600 Metern. Damit ist es das Radioteleskop mit dem weltweit größten Durchmesser.

Ingenieure des Unternehmens Promgeodesiya Ltd führten Testmessungen und Experimente zur Automatisierung der Beobachtungsmodi durch, bei denen alle Elemente des Teleskops (d. h. die Sektoren des Hauptspiegels, Flachspiegel und Kabine) unabhängig voneinander das vom Bediener eingestellte Beobachtungsprogramm ausführten. 

Die Positionierung führt derzeit ein Bediener „vor Ort“ auf der Grundlage manueller Messungen durch. Während die Position in radialer Richtung mithilfe eines Metermaßes relativ zu den Referenzpunkten bestimmt wird, lässt sich die Neigung mit einem digitalen Neigungsmesser (oder eine zylindrische Wasserwaage) erfassen.

Zum Automatisieren der Kabinenpositionierung eignen sich ein auf einer robotergestützten Totalstation basierendes System, lineare Drehgeber und ein digitaler Neigungsmesser. In diesem System übernimmt die Totalstation die Positionierung der Kabine in der Ebene, die linearen Sensoren duplizieren sie und die Neigungsmesser kontrollieren die Winkel der Kabine.

Eine jeweils auf der Kabine sowie auf einer stabilen Basis in der Nähe der Kabine positionierte Leica TDRA6000 Laser-Totalstation führte die Messungen durch. Die Totalstation wurde von der Kabine aus mittels Deflektoren auf einem Schienensystem positioniert bzw. in einer zweiten Variante sowohl auf einem Schienensystem als auch der Kabine selbst montiert.

Zudem wurde die Positionierung der Kabine mit einem auf einer digitalen Kamera basierenden Bildverarbeitungssystem mit kodierten Zielmarken getestet. Die Bildverarbeitungskamera ist an der Unterseite der Kabine befestigt und erfasst die Zielmarken, die in einem bestimmten Abstand zum Gleis angebracht sind.

Eine weitere Aufgabe war das Bestimmen der Form der Oberfläche des RATAN-600-Hauptspiegels. Für präzise und zuverlässige astronomische Beobachtungen gilt es, die Oberfläche mit einer Toleranz von nur 0,3 mm einzustellen. Um diese Präzision bei der Größe des Hauptspiegels zu erzielen, wurde eine Messtechniklösung vorgeschlagen, die auf einer Kombination aus zwei Instrumenten beruht: Ein Laser Tracker Leica Absolute Tracker AT403 für ultra-große Volumen eignete sich ideal für das Erstellen eines Referenznetzwerks und ein direkt-scannender Laser Tracker Leica Absolute Tracker ATS600 scannte die Oberfläche des Hauptspiegels.

Dank der Direktscanning-Funktion des ATS600 konnte diese Aufgabe in kürzester Zeit abgeschlossen werden. Dabei wurde der Tracker zentral positioniert und war so in der Lage direkte Messungen vom entfernten Spiegel durchzuführen. Selbst diese extrem anspruchsvolle, schnelle Messung einer Spiegeloberfläche innerhalb 
der erforderlichen Genauigkeitstoleranz stellte für den ATS600 keinerlei Problem dar.