L'energia oscura dell'universo.

Il progetto HETDEX è il primo importante tentativo di trovare l' “energia oscura” dell'universo. Grazie a degli spettrografi speciali vengono registrate in tre dimensioni le posizioni di un milione di galassie. Nell'estate 2012, il telescopio Hobby-Eberly inizierà ad analizzare l'universo, aiutato dai motori maxon in ogni fase dell'impresa.

Il telescopio Hobby-Eberly (HET) si trova presso l'Osservatorio McDonald, nel Texas occidentale. Il suo specchio sferico primario è composto da 91 parti esagonali identiche, ciascuna di un metro. Insieme, queste singole parti formano uno specchio con diametro di quasi 11 metri, il più grande del mondo. L'apertura effettiva dello specchio primario è di 9,2 m con angolo di apertura di quattro minuti d'arco*. Con una dimensione di 11,1 m x 9,8 m, l'HET è il quarto telescopio ottico più grande al mondo. Inoltre, grazie al suo desing innovativo, i costi di realizzazione sono stati molto ridotti: nel complesso sono stati spesi solo 13,5 milioni di dollari – circa un quarto del costo di un telescopio di simile grandezza. Il risparmio è stato possibile in parte semplificando la struttura e utilizzando componenti disponibili in commercio.

Il telescopio spettroscopico per l'osservazione astronomica è montato sul cosiddetto Prime Focus Instrument Package (PFIP). Esso è dotato di due spettrografi a media ed alta risoluzione. Un ulteriore risparmio è dato dall'eliminazione del movimento sul secondo asse del telescopio da 85 tonnellate. In questo modo lo specchio è rivolto sempre a 55° sopra l'orizzonte, ma può compiere al contempo un giro completo in orizzontale. Ciò rende possibile osservare il 70% della volta celeste. La luce raccolta dallo specchio primario viene concentrata in un punto sopra di esso, dove viene ricevuta da una lente ausiliaria speciale e trasmessa via fibra ottica agli spettrografi. La lente ausiliaria è montata sul cosiddetto “tracker” (vedere figura 3), che offre un movimento su 6 assi. Lo specchio quindi non segue l'oggetto, ma è l'oggetto a spostarsi in cerchio.

Al momento, all'HET è stata aggiunta un'attrezzatura grandangolare per portare l'angolo di campo a 22 minuti d'arco e l'apertura utile a 10 metri. Nei futuri progetti di ricerca, questo potenziamento permetterà di raccogliere quanta più luce possibile mediante un accoppiamento in fibre di vetro rivoluzionando il campo delle osservazioni spettroscopiche. Gli scienziati vogliono utilizzare la nuova versione migliorata di HET per comprendere maggiormente la cosiddetta “energia oscura”. Secondo le ipotesi attuali, quasi tre quarti della materia e dell'energia dell'universo sono composte da “energia oscura”, una forza misteriosa che causa l'allontanamento delle galassie sempre più veloce col passare del tempo.

HETDEX osserva l'universo

Il progetto HETDEX (Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment) è stato lanciato proprio per risolvere questo mistero. Dal 2012 al 2015 verrà osservata attentamente col telescopio HET la parte della volta celeste contenente la costellazione del Grande Carro. Questo progetto di ricerca intende eseguire la mappatura - fino al più piccolo dettaglio - di un milione di galassie lontane 10 – 11 miliardi di anni luce dalla Terra. Il progetto è il risultato della cooperazione tra Università del Texas (Austin), Università di Stato della Pennsylvania, Università A&M del Texas, osservatorio dell'Università di Monaco di Baviera, Istituto Leibniz di astrofisica di Potsdam e Istituto Max Planck di fisica extraterrestre.

Il team internazionale di scienziati vuole saperne di più sui processi che si verificano nell'universo. Lo scopo di questo progetto di ricerca su vasta scala è la verifica della correttezza delle attuali leggi di gravità. Un altro degli obiettivi è la scoperta di nuovi dettagli astronomici relativi al Big Bang. Presso l'osservatorio di Mount Fowlkes in Texas, la luce nella fotocamera dell'HETDEX non viene catturata da un sensore di tipo fotografico, ma da 33.400 fibre di vetro. Gli esperti sperano che l'espansione del cosmo sia dovuta non alla materia oscura, ma ad altri effetti di gravità finora sconosciuti. La prima prova di una delle tesi relative alla materia oscura – o una risposta che dimostri in maniera conclusiva la non esistenza di un determinato fenomeno – si avrà non prima del 2016.

Struttura del PFIP
Il Prime Focus Instrument Package è posizionato su un tracker sulla sommità del telescopio ed è dotato di un correttore grandangolare, una fotocamera, dispositivi di misura e un sistema a piano focale. PFIP è un'unità di automazione stand-alone con 12 sottosistemi e 24 assi di movimentazione. I controller del moto e i sistemi I/O modulari sono collegati mediante protocollo di comunicazione CANopen. L'intera comunicazione tra sistemi a terra e sotto sistemi del PFIP viene eseguita in modalità punto-punto via Ethernet, o mediante gateway Ethernet/CAN che trasmettono in maniera trasparente i messaggi CANopen.

Il PFIP presenta 24 assi di movimentazione, 15 dei quali motorizzati. I movimenti devono essere eseguiti in modo uniforme e con elevata precisione a diverse velocità, soprattutto a velocità estremamente ridotte. Il controller di movimento del moto deve essere in grado di eseguire numerose operazioni in situazioni diverse, ad esempio seguire accuratamente un profilo di velocità (comando di apertura), spostarsi in e mantenere una posizione assoluta o seguire una posizione e un profilo di velocità su più assi contemporaneamente.

Gli azionamenti impiegati nei sottosistemi del PFIP sono costruiti attorno a motori maxon brushless serie EC che possono essere dotati, secondo necessità, di riduttori, encoder incrementali magnetici e freni.
Il movimento regolare a basse velocità viene garantito dalla commutazione sinusoidale. Per questo motivo, oltre ai tradizionali sensori Hall installati nei motori maxon brushless, viene impiegato anche un encoder incrementale opzionale. Gli encoder incrementali forniscono dati di posizione al controller

Precise unità maxon per il controllo di posizione

Tutti i controller di posizione sono unità maxon di tipo EPOS2 50/5. Oltre ai regolatori in anello chiuso per corrente, velocità e posizione, i dispositivi di comando presentano una modalità di interpolazione del movimento che permette loro di seguire una traiettoria multiasse programmata. Inoltre, EPOS2 è dotato di I/O analogici e digitali ai quali è possibile accedere mediante l'interfaccia CANopen. È possibile anche programmare le risposte ai segnali di input digitali, quali ad esempio fine corsa positivi/negativi, posizione di home, arresto rapido e attivazione/disattivazione degli azionamenti. Nel PFIP le stazioni I/O modulari presentano accoppiatori bus CANopen, che permettono la comunicazione con tutti i dispositivi I/O aggiuntivi direttamente mediante CAN bus o mediante un gateway CAN basato su Ethernet. Il gateway utilizza un semplice protocollo ASCII per la configurazione e l'invio di messaggi in entrambe le direzioni.

In questa applicazione, i dispositivi hardware sono collegati al CAN Bus e controllati dal computer del PFIP (PCC) con configurazione master/slave. In caso di movimento multiasse, il PCC può – ad esempio –configurare diversi controller in base al movimento desiderato e attivarli contemporaneamente mediante un unico comando CANopen. Il controller del PFIP impiega generalmente un'alimentazione da 24 V DC. Per carichi di inerzia maggiori, ad esempio il diaframma, è possibile impiegare una sorgente da 48 V, compatibile con i controller EPOS2 50/5. Per soddisfare le specifiche di PFIP ed HET, tutti i componenti dell'hardware devono funzionare a temperature anche inferiori a -10 °C. maxon motor offre un'ampia gamma di prodotti che soddisfano tali requisiti di temperatura e forniscono qualità, affidabilità e robustezza richieste nei sistemi di automazione industriale.

Nel complesso, l'architettura del telescopio HET è molto flessibile. Aggiungendo o togliendo controllers, moduli I/O o alimentatori di tensione è possibile eseguire cambiamenti significativi con facilità. I componenti difatti sono sufficientemente leggeri e piccoli da lasciare abbastanza spazio, nella struttura iniziale, per aggiunte e integrazioni in un secondo momento.

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