Reik naar de sterren met Hexagon
Geavanceerde meetapparatuur is essentieel om de mysteries van het universum ontrafelen.
Als een astrofysisch wetenschapper een ver melkwegstelsel wil onderzoeken, de chemische samenstelling van melkwegstelsels wil ontdekken of exoplaneten wil vinden, is een eenvoudige telescoop normaal gesproken niet goed genoeg meer: er moet een ‘slim oog’ aan worden toegevoegd. Om licht van jonge melkwegstelsels te detecteren, moeten de karakteristieke lijnen van het waterstof atoom worden geïsoleerd, waarvoor een spectrograaf nodig is die licht in de componentgolflengten kan verdelen voor verdere analyse.
Innovatieve technologische combinaties
Voor een dergelijke taak is geavanceerde kennis nodig van de positie van het object. Daarom heeft CRAL het concept van de integrale veldspectrograaf of 3D-spectrograaf ontwikkeld, die een beeldverwerker en spectrograaf in één is. Indien een aanbesteding voor een dergelijk instrument wordt geaccepteerd door internationale onderzoeksorganisaties, houdt de instrumentatie-afdeling van CRAL toezicht op de bouw van een deel ervan, in nauwe samenwerking met het team van onderzoekers dat hun behoeften definieert. Florence Laurent, optisch ontwerptechnicus en hoofd van het instrumentatieteam van CRAL, legt dit verder uit. “In astronomie gaat het licht dat door de telescoop wordt opgevangen door de lagen van de atmosfeer en raken de ontvangen fotonen verstoord. Vroeger waren de ontvangen beelden hierdoor van mindere kwaliteit en hoefden de instrumenten niet zeer nauwkeurig te zijn. Sinds het begin van deze eeuw worden atmosferische storingen in realtime gecorrigeerd door adaptieve optische systemen, wat zorgt voor veel betere beelden die met een hogere resolutie worden ontvangen. Dus moesten de technici steeds beter uitgelijnde instrumenten bouwen. En voor deze uitlijning zijn geschikte en efficiënte metrologie-instrumenten nodig.
“Ons eerste meetinstrument was een ROMER Sigmameetarm en vervolgens een 3D TESA-sensor tijdens het MUSE -project in 2008. De arm werd gebruikt om objecten op elkaar uit te lijnen en om kleine systemen te meten. De TESA-sensor werd gebruikt voor de verificatie van mechanische steunen, die met een nauwkeurigheid van 10 micron machinaal werd geproduceerd. Maar door de volumebeperkingen van het complete gemonteerde instrument (het grootste instrument dat ooit op een telescoop is geïnstalleerd) was een grootschaligere meetmachine nodig.
Grotere schaal met een lasertracker
“Onze collega’s van het Institute of Astrophysics in Göttingen beschikten over een Hexagon-lasertracker die ze aan ons hebben uitgeleend. Daardoor konden wij een Leica Absolute Tracker gebruiken bij CRAL en op locatie in Chili, op het eigen platform van de telescoop, om de positie van het instrument met betrekking tot de telescoop te waarborgen,” herinnert mevrouw Laurent zich.
Na het ontvangen van de wetenschappelijke specificaties zal CRAL, die de leiding heeft over het uitvoeren van de bouw van de twee lageresolutiespectografen van het 4MOST-instrument, het instrument twee jaar lang onderzoeken (optische tekeningen, mechanische tekeningen, elektronische tekeningen) om het concept te evalueren. Nog eens twee jaar zullen nodig zijn om de uiteindelijke plannen te voltooien. En als het groene licht is gegeven, laat het team de optiek en techniek produceren. Alle bestelde onderdelen worden samengebracht op locatie in Lyon voor montage en uitlijning (cruciale taken zoals positionering van een spiegel ten opzichte van de raakvlakken). Deze uitlijning moet voor sommige elementen extreem nauwkeurig zijn, namelijk in het 10 micron-bereik
De instrumenten en oplossingen van Hexagon vormen een compleet
pakket dat essentieel is voor ons onderzoek.”
Hoge nauwkeurigheid eenvoudig gemaakt
“Een complete metrologie-oplossing, die een meetarm met een lasertracker combineert was ideaal en bood de benodigde flexibiliteit die wij nodig hadden en zullen hebben. De acquisitie van deze collectie werd mogelijk gemaakt dankzij de financiering van het LABEX Lyon Institute of Origins (LIO) . Wij hebben onze oude en inmiddels achterhaalde meetarm ingewisseld voor een nieuwe Absolute Arm en hebben ook een Leica Absolute Tracker AT403 gekocht..
“Onze meetinstrumenten konden direct worden gebruikt, waardoor wij onze activiteiten erg snel konden starten. De gewenste toleranties waren onderdeel van de specificaties en de nauwkeurigheid van 11,5-micron van de Absolute Arm 85-serie was precies wat we zochten. De ergonomie van de nieuwe arm zorgt ervoor dat deze erg plezierig is om te gebruiken: de arm heeft een goede balans en biedt uitstekende toegankelijkheid tot onze richtmerken. De USBen wifi-verbindingen zijn ook zeer handig
“De in hoge mate visuele import van CAD-gegevens met SpatialAnalyzer is een groot voordeel en zorgt voor duidelijke, snelle en eenvoudige rapporten. De vele mogelijke opties “De in hoge mate visuele import van CAD-gegevens met SpatialAnalyzer is een groot voordeel en zorgt voor duidelijke, snelle en eenvoudige rapporten. De vele mogelijke opties tijdens de instelling van de nieuwe arm waren ook erg handig. Vijf medewerkers werden in twee sessies getraind, waardoor wij de arm konden blijven gebruiken en concrete en specifieke antwoorden op onze vragen konden krijgen tijdens de instelling van de nieuwe arm waren ook erg handig. Vijf medewerkers werden in twee sessies getraind, waardoor wij de arm konden blijven gebruiken en concrete en specifieke antwoorden op onze vragen konden krijgen”
Moderne problemen vragen om moderne oplossingen
Het technische team van CRAL werkt ook aan het onderzoek van het HARMONI-instrument in het kader van het Extremely Large Telescope (ELT) -project. Dit instrument heeft het vermogen om in infrarood te zien waar alles uitstraalt. Om te voorkomen dat alleen de reflectie van de techniek van het instrument en optiek wordt gezien als melkwegstelsels worden verkend, moet de instrumenttemperatuur worden verlaagd naar 130 Kelvin (-143 graden Celsius). Deze temperatuurdaling moet in meerdere stappen worden uitgevoerd. De eerste is het creëren van een vacuüm (om bevriezing te voorkomen). Het instrument moet daarom in een cryostaat worden geplaatst, wat metrologische metingen technisch zeer complex maakt met traditionele meetinstrumenten (loodrechte stand van de laser, coëfficiëntparameter ter compensatie van vervorming vanwege venster, etc.).
Om de problemen bij traditionele metrologie-instrumenten te vermijden, heeft CRAL gekozen voor fotogrammetrie door een speciale periscoop te ontwikkelen. Deze ontwikkeling wordt uitgevoerd met een DPA-serie-systeem dat is aangepast door het technische team.
“Met elk project kunnen wij onze meetprocessen verbeteren en onze machines efficiënter bedienen. Door de draagbaarheid van de lasertracker kunnen wij bijvoorbeeld direct controleren bij onze leveranciers. De combinatie van de Absolute Arm met de lasertracker wordt binnenkort in bedrijf genomen, waardoor wij veel tijd kunnen besparen
bij bijvoorbeeld de installatie van de armreferenties”, aldus mevrouw Laurent.
1 De MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer) is een tweede generatie 3D-spectrograaf voor een breed blikveld die werkt in het zichtbare golflengte-bereik en werd ontwikkeld voor de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht. MUSE werd ontworpen om de ruimte in drie dimensies te onderzoeken (locatie en afstand) en de jongste melkwegstelsels te detecteren. Het werd op 31 januari 2014 voor het eerst gebruikt op de VLT.
2 De auteurs willen het LABEX Lyon Institute of Origins (ANR-10-LABX-0066) van de Université de Lyon bedanken voor de financiële ondersteuning in het kader van het 'Investissements d'Avenir' (ANR-11-IDEX0007)-programma van de Franse overheid, dat wordt uitgevoerd door de het Nationale Onderzoeksagentschap (ANR).
3 De Europese Extremely Large Telescope is een telescoop die onderdeel is van een serie van drie gigantische telescopen in aanbouw. De opening is gepland in 2025. De telescoop wordt gebouwd door Europese Zuidelijke Sterrenwacht en moet zorgen voor grote vorderingen op het gebied van astronomie dankzij de primaire spiegel met een diameter van 39 meter.
