Wie man eine Satellitenschüssel in ein Radioteleskop umwandelt

Wenn Sie eine alte 30-Meter-Satellitenkommunikationsantenne haben, was sollten Sie damit tun? Eine Möglichkeit besteht darin, es in ein Radioteleskop umzubauen, und genau das haben Astronomen der Auckland University of Technology in Neuseeland mit einer alten Schüssel gemacht, die im nördlichsten Teil des Landes herumliegt.

Was also genau muss man tun, um eine Kommunikationsantenne in ein Radioteleskop umzuwandeln? Heute beantworten Lewis Woodburn von der Auckland University of Technology und ein paar Freunde diese Frage, indem sie den Prozess beschreiben, den sie für die Konvertierung durchlaufen haben.

Die fragliche alte Satelliten-Kommunikationsschüssel wurde 1984 für die neuseeländische Post gebaut und 1987 an Telecom New Zealand übertragen. Bis 2010 war die Schüssel veraltet und das Unternehmen stellte die Wartung ein, um sie abzureißen. Da sprang die Auckland University of Technology ein.



Was sie geerbt haben, war weit entfernt von einem hochmodernen Radioteleskop. Das Gericht befindet sich in der Nähe eines abgelegenen Townships ganz im Norden der Nordinsel Neuseelands. Da es nur fünf Kilometer vom Meer entfernt ist, war Salzkorrosion ein erhebliches Problem, insbesondere angesichts der fehlenden Wartung in letzter Zeit.

Die erste Aufgabe des Teams bestand also darin, den Geschirrservice zu reinigen und rostige Bolzen und Geräte auszutauschen. Vor allem die Motoren, die die Schüssel bewegen, waren verrostet und auf jeden Fall alt und ineffizient.

Darüber hinaus ermöglichte der Ausrichtungsmechanismus der Antenne, dass die Antenne nur ±170° bewegt, verglichen mit den ±270°, die für die Radioastronomie erforderlich sind. Daher mussten auch die Stromkabel und die Metallkette, die diese gesamte Lenkung übernahmen, durch die längeren ersetzt werden, um diese zusätzliche Bewegung zu ermöglichen. Die Schüssel erforderte auch neue Not-Aus-Schaltungen, um zu verhindern, dass sich die Schüssel über ihre mechanischen Grenzen hinaus bewegt.

Als nächstes schaute sich das Team das Kontrollsystem der Schüssel an. Ursprünglich hatte die Antenne zwei große Induktionsmotoren zum Schwenken und einen Satz kleiner Gleichstrom-Servomotoren mit zusätzlichem Getriebe zum Verfolgen der kleinen täglichen Bewegungen geostationärer Satelliten. Das Team ersetzte beide Motorensätze durch einen einzigen Satz DC-Servomotoren mit optischen Drehgebern, die sowohl zum Schwenken als auch zum Nachführen funktionieren.

Eine der Herausforderungen, mit denen sie konfrontiert waren, bestand darin, ein Steuerungssystem ohne detaillierte Kenntnisse der mechanischen Eigenschaften der Antenne wie Steifigkeit, Trägheit, Windlasten usw. zu entwickeln. Tests zur Wiederinbetriebnahme zeigten jedoch, dass das System bei leichten Windbedingungen mit einer Servogenauigkeit von besser als einem Milligrad stabil ist, sagen Woodburn und Co. Und sie sagen, dass es genügend Spielraum gibt, um die Leistung bei böigem Wetter bei Bedarf zu verbessern.

Das Team verwendete außerdem einen Laserscanner, um die Form der Reflektoroberfläche abzubilden. Jede starke Verwindung kann die Genauigkeit des Instruments erheblich beeinflussen. Die Form ist im Allgemeinen zufriedenstellend. Das Ergebnis der Datenverarbeitung habe jedoch eine deutliche Gravitationsverformung der Antenne gezeigt, sagen Woodburn und Co. Sie sagen, dass dies das Ergebnis der vertikalen Höhe ist, die für die Kartierung erforderlich ist, bei der die Schüssel in einem Winkel von nur sechs Grad positioniert wird.

Die genaue Kenntnis der Form sollte es Astronomen ermöglichen, jede Gravitationsverformung zu berücksichtigen. Dazu müssen sie jedoch herausfinden, wie sich die Verformung mit der Höhe der Schüssel ändert, woran das Team derzeit arbeitet.

Schließlich statteten sie die Schüssel mit den Instrumenten aus, die zum Aufspüren von Radiowellen aus dem Weltraum erforderlich sind. Die Schüssel hat einen Wellenleiter, der das Signal in das Gebäude unter dem Teleskop sendet. In diesem Bereich befindet sich ein neuer Empfänger, der zu einem des Radioteleskops der Jodrell Bank in Großbritannien passt, zusammen mit verschiedenen anderen Kleinigkeiten wie einem Aufzeichnungssystem und einem verbesserten Netzwerk zur Übertragung von Daten und zur Kommunikation mit anderen Radioteleskopen, wenn diese Schüssel arbeitet als Teil eines Arrays.

Dies ist ein praktischer neuer Bausatz, der einen erheblichen Einfluss auf die Art der Radioastronomie haben sollte, die in Neuseeland betrieben werden kann. Das Team sieht vor, dass die Schüssel sowohl als eigenständiges Instrument als auch mit anderen Schüsseln als Teil eines Funkinterferometers funktionieren wird, obwohl noch einige Verbesserungen erforderlich sind. Diese 30-m-Antenne trägt mit einer großen Oberfläche erheblich zu Neuseelands Fähigkeiten in der Radioastronomie bei und ist ein hochempfindliches Instrument, das erhebliche Einzelschüsselarbeit leisten kann, sagen Woodburn und Co.

Übrigens ist die neuseeländische Schüssel bei weitem nicht die einzige für die Radioastronomie umgebaute Satellitenkommunikationsantenne. Mehrere ähnlich große Gerichte wurden in Australien, Japan und Afrika verarbeitet.

Erstaunlich, was man mit einem alten Metallklumpen anstellen kann, der abgerissen werden soll!

Ref: arxiv.org/abs/1407.3346 : Umbau der 30-m-Telekommunikationsantenne Neuseelands in ein Radioteleskop

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