Synchronmotoren für das Giant Magellan Telescope 400.000 Nm: Mit Antriebstechnik nach den Sternen greifen

Das „Giant Magellan Telescope“ (GMT), welches derzeit in Chile entsteht, wird zukünftig das leistungsstärkste optische Teleskop der Welt. Mit enormen Drehmomenten steuern später die Hauptachsenantriebe Azimuth und Elevation des GMT mit höchster Präzision.

Mit seinen sieben Spiegeln wird das Giant-Magellan-Teleskop das 50-Millionenfache der Lichtsammelleistung des menschlichen Auges aufweisen und bis zu 200-mal leistungsfähiger sein als die besten Teleskope von heute.

Maccon hat einen Vertrag mit Ohb Digital Connect, einem Tochterunternehmen des Raumfahrtkonzerns Ohb SE, unterzeichnet und erhält damit den Auftrag, die Antriebe für die Hauptachsen des „Giant Magellan Telescope“ (GMT) zu liefern. Das Teleskop wird aus sieben Spiegeln bestehen, von denen jeder einen Durchmesser von 8,4 Metern aufweist. Das Gewicht jedes einzelnen Spiegelsegments beträgt 17 Tonnen. Die Gesamtspiegelfläche des Teleskops hat einen Durchmesser von 25 Metern, damit gehört das GMT zur nächsten Generation von Großteleskopen.

Um eine zehnfach höhere Auflösung (Trennschärfe) als das Hubble-Weltraumteleskop zu erreichen, ist eine innovative Kalibrierung des Teleskops notwendig. Somit kann das GMT Aufnahmen astronomischer Objekte mit einer bisher unerreichten Schärfe erfassen. Dies wird durch adaptive Optik ermöglicht, welche die Verzerrungen, die durch die Erdatmosphäre hervorgerufen werden, reduziert.

Hauptachsenantriebe für Präzision und Stabilität der Teleskopbewegungen

Die elektrischen Antriebe für die beiden Hauptachsen (Azimuth und Elevation) wurden in den vergangenen drei Jahren von Maccon entwickelt. So steuern sie die Ausrichtung des Teleskops, verfolgen Himmelskörper und regeln Störungen (beispielsweise durch Wind) aus. Bis 2025 wird Maccon zusammen mit einer Partnerfirma auch für die Fertigung der Antriebe die Verantwortung tragen. Die beiden Antriebsachsen werden als Direktantrieb ohne Getriebe ausgeführt, welche je nach Achse Spitzendrehmomente von bis zu 400.000 Nm erreichen. Zum Vergleich: Der Motor eines Formel 1 Autos hat aktuell etwa 1.280 Nm.

Kernstück des elektromagnetischen Antriebskonzepts ist ein aus acht (Azimut) bzw. vier (Elevation) Statorsegmenten bestehender permanenterregter Synchronmotor. Der Rotordurchmesser je Achse liegt dabei im Bereich von 20 Metern. Als Basis der beiden Antriebseinheiten (Azimuth und Elevation) wurde die Topologie eines Flachbettlinearmotors gewählt. Im Gegensatz zu konventionellen Linearmotoren laufen hier jedoch mehrere lineare Statorsegmente auf einer horizontalen (Azimuth) bzw. vertikalen (Elevation) gekrümmten Rotorbahn. Die Ausführung der Statorsegmente als Luftspaltwicklung verspricht einen nahezu perfekten Gleichlauf, ohne den die hohe optische Auflösung des Teleskops nicht zu erreichen wäre. Auch das Kühlkonzept der Antriebe musste neu entwickelt und in Prototypentests weiter verifiziert werden. Um die optischen Messinstrumente des Teleskops nicht durch Luftströmungen (Konvektion) zu stören, dürfen die Antriebe nicht mehr als 2 °C über bzw. unter der Umgebungstemperatur liegen.

Alle Statorsegmente werden durch ein genau abgestimmtes Steuerungssystem synchronisiert. Versorgt werden die Antriebe von jeweils einen Kollmorgen S700 Servoverstärker pro Statorsegment. Diese werden anschließend durch die übergeordnete Steuerungsebene in einer direkten Phasenstromregelung betrieben. Dies ermöglicht eine Regelung des Drehmoments nicht nur über die Höhe, sondern auch über die Form des Stromsignals. Die Kommunikation über EtherCAT gewährleistet einen Sicherheitsstandard bis SIL3.

GMT-Mission: Einblicke in Vergangenheit und Zukunft des Universums

Das GMT wird voraussichtlich 2029 im Las-Campanas-Observatorium im Hochland (in der Atacama-Wüste) von Chile sein erstes Licht sehen. Die zentrale Mission dieses Teleskops ist es, unser Wissen über das Universum zu erweitern und wegweisende Einblicke in die Vergangenheit und Zukunft des Universums zu gewähren. Des Weiteren soll das GMT in der Atmosphäre nach erdähnlichen Planeten und Molekülen suchen, welche einen eindeutigen Rückschluss auf Leben zulassen. Da mit gegenwärtigen Teleskopen die Suche im optischen Spektrum mangels Empfindlichkeit und Auflösung nicht möglich ist, wird das GMT eine völlig neue Möglichkeit bieten, nach extraterrestrischem Leben zu suchen. (mr)

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