Bau eines fliegenden Teleskops

Dieses Positioniersystem kommt als Spiegelversteller für ein an einem Heliumballon hängendem Teleskop zum Einsatz, das im Rahmen der SUNRISE-Mission des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) bis auf 24.000 Meter Höhe aufstieg, um die Sonne zu beobachten. Der Lineartisch mit einen Antrieb aus Kugelgewindetrieb und Schrittmotor dient zur hochpräzisen Verstellung der Planen des 3. und 4. Ablenkspiegels im Sonnenobservatorium „Sunrise“.

Das ist notwendig, da sich die Struktur des Teleskops durch die Aufhängung an einem Seil lageabhängig verbiegt. Diese Verformungen werden mit diesen Positioniersystemen kompensiert, indem man die Spiegel zurück an die optisch korrekte Stelle rückt. Ergänzt werden diese zwei Steller durch den M2 Drei-Achs-Versteller für den Sekundärspiegel.

Bedingungen fast wie im Weltraum

Die im Teleskop verbaute Positionierlösung musste die Spezifikation unter extremen Bedingungen wie Hitze, Kälte, Feuchtigkeit, Vibration und Schock nachweisen. Ein schmierstofffreier Kugelgewindetrieb von August Steinmeyer erreichte trotzdem Leichtlauf für optimale Wiederholgenauigkeit. Die Oberflächentopographie der Spindelgewinde wurde zusätzlich durch neues Gewindeschleifverfahren verbessert. Der geschliffene Kugelgewindetrieb sorgt für eine höhere Laufruhe und somit weniger Reibung, sodass eine höhere Präzision als auch Lebensdauer erreicht wird.

Höchste Zuverlässigkeit bei Temperaturschwankung, Vibration und Schock wurden gefordert. Diese wurde über einen zusätzlichen Encoder für redundantes Feedback über die Motorposition erreicht. Hochübersetzte Schrittmotorantriebe sorgten für 1 µm Schritte im Vollschrittbetrieb und erreichten damit auch eine hervorragende Stillstandsgenauigkeit. Zusätzlich erfolgte eine Heizung des Getriebes, damit es sich bei tiefen Temperaturen auch noch durch einen sehr kleinen Motor antreiben lässt.

Die Positionierlösung zeichnet sich vor allem durch seine Steifigkeit, sehr hohe Kraftreserven, einen hohen Wirkungsgrad und seinen kompakten, kleinen und damit leichten Aufbau aus.

Umfangreiche Dokumentation

Hohe Dokumentationsanforderungen schlossen eine umfangreiche Qualifikation in der Entwicklungsphase und Verifikation in der Produktion inklusive anwendungsorientierter Tests auf eigens dafür entwickelten Prüfständen mit ein.

Anwendungsbereiche

Luft- und Raumfahrt, Forschung, Vakuum (HV, UHV), Messtechnik, Linearsteller, Spiegelsteller

Referenzen

SUNRISE | ballongetragenes Sonnenobservatorium | https://www.mps.mpg.de/sonnenforschung/sunrise