Hallo
Ich habe mich dieses Semester mit dem Entwurf eines selbstentfaltenden Weltraumdobson beschäftigt. Während der letzten Monate habe ich festgestellt, dass eine solche Technologie vorallem mit zwei Problemen zu kämpfen hat. Den Schwingungen, die durch die langen Booms auftreten und die Justierung nach dem Ausfahren der Teleskopstangen. Für das erste Problem hatte unsere kleine 3 Mann Gruppe, welche kurz vor Schluss auch noch auf 2 Personen zusammengeschrumpft ist, keine Kapazitäten. Die FEM Modelle werden wir daher erst in einem möglichen Anschlussprojekt durchrechnen können. Für die automatische Justierung ist es uns jedoch gelungen ein Verfahren zu skizzieren, dass die nötigen Genauigkeiten erreichen kann und dieses möchte ich hier zur Diskussion stellen:
Voraussetzungen
Das 20" f/3 Teleskop enthält im ausgefalteten Zustand 4 je etwa 1,5m lange Booms. Diese Teleskopstangen sind aus je 4 konischen Röhren aufgebaut. Im inneren dieser Röhren befindet sich eine druckdichte Membran, die unter UV Licht aushärtet. Durch befüllen der Membran mit Luft, werden die Booms aufgerichtet und dehen sich aufgrund ihrer Konischen Form bis auf die gewünschte Länge aus. Dabei kann es zu folgenden Fehlern kommen:
1. falsche Boomlänge
führt zu einer Schrägstellung des Teleskophutes
2. Verkippung der Booms daher nicht vollständig achsiales Ausfahren
führt zu einem seitlichem Versatz des Teleskophutes
Damit ergibt sich folgendes Szenario:
1. dass die Boomlänge dabei pro Modul um bis zu 1mm variert. Daher ist eine Abweichung von +/- 4mm bei 4 Elementen zu erwarten. Der maximale Fehler beträgt 8mm. Der Winkel zwischen Hauptspiegel und Teleskop beträgt in diesem Fall 0,57°
2. dass bei 4 Elementen eine maximale Verkippung von 4mm am oberen Ende auftreten kann
Als Referenz diente dabei das Staubsaugerrohr des Autors [;)]. Dieses ist weder Konisch, noch auf großartige genauigkeit ausgelegt. Spezialanfertigungen von Leuten, die sich damit auskennen dürften die erreichbare Genauigkeit steigen lassen.
Justierung
Auf jeder Seite der Grundplatte des Teleskopes befinden je 2 Laserdioden. Wobei, wie das Bild andeutet je eine im 90° Winkel nach oben Strahlt und die zweite etwas schräggestellt auf den Teleskophut. Der erste Laser trifft dort auf ein Fotoreaktives Array mit einer Strukturbreite von 0,1mm. Der Zweite Laserstrahl trifft auf einen Planspiegel am Teleskophut und wird auf einen Detektor gleichen Typs reflektiert, der sich auf der Teleskopplattform befindet.
Der Seitliche Versatz wird dabei vom ersten Laser gemessen. Durch eine Auswertung der 4 Seiten kann der Gesamtversatz bestimmt werden. Der vorhandene Detektor ermöglicht eine Messung auf 0,1mm genau.
Die Verkippung des Teleskophutes wird durch den zweiten Lasertyp detektiert. Steht der Teleskophut schräg zum Spiegel so verändert sich so über das Reflexionsgesetz (Einfalltspinsel = Ausfalltspinsel [:D]) der Ort, an dem der Laserpunkt den Detektor trifft. Bei einer Fehlstellung von 0,57° wären dies etwa 20mm. Aufgrund der Strukturbreite des Sensors läßt sich dabei die Fehlstellung etwa auf 5" genau messen.
Über 4 lineare Aktuatoren, welche sich jeweils am Ende der Booms befinden kann man nun den Fehler minimieren. Angenommen wurden Aktuatoren mit einem Verstellbereich von +/-5mm mit 100 Schritten und damit einer Genauigkeit von 0,1mm. Damit läßt sich die Fehlstellung auf ca 20" Reduzieren.
Nicht korrigiert wird hierbei der Seitliche Versatz von bis zu 4mm. Bei einer CCD größe 28 Megapixeln oder 80*55mm ist das meiner Meinung nach auch relativ egal [:D]
Fokussierung
Die Fokussierung erfolgt über einen linearen Fokussmotor.
Fazit:
Die erreichbare Ebenenparallelität scheint auf den ersten Blick vielleicht ein wenig wie overkill. Bedacht werden muß jedoch, dass zusätzlich zu der Kamera im primären Fokus noch ein weiteres Kameraelement durch einen in den Strahlengang klappbaren hyperbolischen Sekundärspiegel angesprochen wird. Die vergrößerte Brennweite führt bei einer Schrägstellung von 0,57°, dazu, dass das die Bildmitte um bis zu 25mm verschoben ist. Die Korrektur auf 20" bringt eine Bildmittenabweichung von unter 1mm, die zusätzlich mit einem tip tilt System korrigiert wird (das gilt auch für den anfangs angesprochenen Versatz von 4mm zwischen Hut und Servicemodul des Satelliten). Besonders die Tatsache, dass man für die Kamera im primären Fokus eigentlich nicht so einen hohen Aufwand betreiben müßte, bestärkt mich in meiner Auffassung, dass es sinnvoll und nötig ist den Prototypen "Jack in the Box" mit 12 Zoll f/3 möglichst schnell auf einem unserer zukünftigen Universitätssatelliten umzusetzen.
