Stelle artificiali create con la tecnologia laser.

Ci vorrà ancora molto tempo prima che potremo crearci le nostre stelle. Tuttavia, una tecnica di questo tipo viene utilizzata già oggi in applicazioni scientifiche. L'organizzazione olandese per la ricerca scientifica applicata TNO ha sviluppato un sistema di proiezione per il telescopio Very Large Telescope (VLT) dell'ente European Southern Observatory (ESO). Il cosiddetto “Optical Tube Assemblies” (OTA) è un complesso sistema di proiezione per la creazione di stelle artificiali. Un sistema di azionamento estremamente preciso dotato di due motori piatti flat  maxon, riduttori planetari a vite senza fine ed encoder fanno sì che il laser sia orientato correttamente.

L'Osservatorio Europeo Australe (ESO, European Southern Observatory) è l'osservatorio scientifico
di maggior successo del mondo. Dal 1962, anno della sua fondazione, l'ESO mette a disposizione
di astronomi ed astrofisici impianti di ricerca all’avanguardia. Il fiore all’occhiello per l'astronomia europea è il telescopio VLT (Very Large Telescope) che si trova in Cile, sul Cerro Paranal, un monte che presenta condizioni ottimali per l'astronomia nello spettro degli infrarossi e della luce visibile. Il VLT è lo strumento ottico più avanzato al mondo ed è composto da quattro telescopi principali (Unit Telescopes, UT) con specchi primari di 8,2 metri di diametro e da quattro telescopi ausiliari mobili su slitta (Auxiliary Telescopes, AT) di 1,8 metri di diametro. L'organizzazione olandese per la ricerca scientifica applicata TNO ha sviluppato un sistema di proiezione per il telescopio VLT. Il cosiddetto “Optical Tube Assemblies” (OTA) è un complesso sistema di proiezione per la creazione di stelle artificiali. Grazie ad esso vengono proiettati raggi laser nell'atmosfera per generare stelle artificiali. Questo tubo ottico fa parte dei componenti critici del sistema “4Laser Guide Star Facility” (4LGSF). Questo dispositivo è la generazione successiva dei telescopi con ottica adattiva, la cosiddetta Adaptive Optics Facility (AOF) utilizzata nel VLT. I 4LGSF sono composti da quattro potenti laser da 20 watt ed aiutano a correggere le distorsioni delle immagini del VLT causate dalle turbolenze nell’aria. Con il nuovo sistema laser si ottiene inoltre un miglior campo visivo del telescopio.

Normalmente, i telescopi catturano la luce del cielo e la focalizzano in un unico strumento. Con questa nuova tecnologia avviene esattamente il contrario. I telescopi vengono impiegati per proiettare i raggi laser nel cielo e creare così punti di luce. I raggi laser eccitano uno strato di atomi di sodio a 90 km dalla superficie terrestre. Una volta eccitati, gli atomi si illuminano. Questo fenomeno si verifica con una precisione di 45 mm a 90 km di altezza. Questi punti di luce servono come stelle di guida artificiali per facilitare le osservazioni astronomiche degli scienziati. Con quattro di queste stelle artificiali la messa a fuoco del VLT è migliore.

I sistemi di azionamento maxon nel meccanismo del selettore di campo

La struttura dell'OTA è composta da un sistema che amplia fino a 20 volte il raggio laser e uno specchio attivo orientabile e inclinabile, il meccanismo del selettore di campo (FSM). Questo meccanismo è collegato a un sistema combinato di molle a membrana e montanti che consentono soltanto movimenti di inclinazione e ribaltamento. Lo specchio del FSM ha un diametro di 100 mm.  Può ruotare su due assi ortogonali in un piano parallelo alla superficie dello specchio. (fig.2).  La rotazione dello specchio del FSM comporta una risposta con ridotta asimmetria dell'angolo di orientamento del raggio laser nella volta celeste. L'alloggiamento dello specchio è ammortizzato e viene orientato mediante azionamenti autofrenanti con elevata rigidità. Per ottenere la precisione assoluta richiesta, vengono impiegati sensori che misurano direttamente l'orientamento dello specchio rispetto alla base.

Il sistema di azionamento maxon motor che viene utilizzato è responsabile dei movimenti precisi di inclinazione e orientamento dello specchio del FSM e dunque del corretto posizionamento del laser nel cielo. In un telescopio vengono impiegati due motori per unità FSM. Per la progettazione degli attuatori, la dinamica elevata costituiva una specifica fondamentale. Soltanto pochi attuatori in commercio sono dotati di un sistema autofrenante che soddisfa tali requisiti. TNO ha sviluppato quindi un moltiplicatore ammortizzato estremamente preciso servendosi di un azionamento spindle drive maxon con riduttore planetario e vite a ricircolo di sfera. Il principio di funzionamento è riportato nella figura 3: quando il motore gira, il dado comprime una molla morbida. La molla morbida esercita una forza su quella rigida, solidale con il supporto dello specchio. Dato che il rapporto di rigidità tra la molla morbida e quella rigida è di 1:22, un movimento del dado comporta un movimento di 1/22 dello specchio. Questo principio di funzionamento aumenta enormemente la risoluzione, limitando in minima parte il comportamento dinamico del FSM. Data l'altezza di installazione limitata nelle unità FSM, i motori flat brushless sono particolarmente adatti per questa applicazione.

Nel 2015 verrà installato il primo telescopio con la nuova tecnologia laser nell'Osservatorio del Paranal, in Cile. Inoltre, l'organizzazione ESO ne pianifica l'utilizzo in altri telescopi. La stessa tecnologia laser verrà impiegata anche per il futuro telescopio per l'astronomia per infrarossi e luce visibile European Extremely Large Telescope (E-ELT), il modello più grande al mondo con diametro dello specchio primario di circa 40 metri. In questo modo quindi è ben sicuro che l'umanità vedrà in futuro stelle ancora più luminose.

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