Das Teleskop der Forschungsstation Concordia ist ununterbrochen in ­Betrieb. Und das in der Antarktis, bei Wetterbedingungen, die zu den härtesten auf unserem Planeten zählen. Um Objekte zuverlässig am Firmament zu verfolgen, muss sich das Teleskop ruckelfrei und stabil bewegen. Dafür sorgt ein Antrieb, der Temperaturen bis zu -125°C verkraftet.

Die Forschungsstation Concordia, kurz Dome C genannt, liegt in der östlichen Antarktis auf 3.200m über dem Meeresspiegel, an einem der kältesten Orte der Erde. Kürzlich fielen hier die Temperaturen auf einen neuen Rekord-Tiefststand von -84.6°C. An diesem unwirtlichen Ort betreibt das französische Laboratoire Universitaire d‘Astrophysique de Nice (LUAN) seit etlichen Jahren ein Teleskop - 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche.

Störungsfrei durch die lange Polarnacht

Montiert ist das Teleskop auf einem motorisch angetriebenen Unterbau, einem sogenannten Telescope Mount. Dieser Unterbau ist vom Typ 3600GTO des US-amerikanischen Unternehmens Astro-Physics. Diese Firma entwickelt und produziert hochpräzise Telescope Mounts und verfügt über eine reiche Erfahrung in den unterschiedlichen Einsatzgebieten. So sind in der Antarktis seit dem Jahr 2000 diverse Einheiten der Baureihen 900GTO und 1200GTO ohne Unterbrechung im Einsatz. Gerade dem störungsfreien und kontinuierlichen Betrieb kommt größte Bedeutung zu, da sich Wartungsarbeiten schwierig und äußerst gefährlich gestalten. Denn die tiefen Temperaturen und unbändigen Windverhältnisse erschweren den Wartungsteams die Arbeit im Freien. In der sechs Monate dauernden Polarnacht sind Wartungsarbeiten überhaupt nicht erst durchführbar. Dies hat zur Folge, dass das ganze System über mindestens ein halbes Jahr hinweg störungsfrei funktionieren muss.

Nachführung des Teleskops

Dabei stellt das Reduziergetriebe eines der wichtigsten Komponenten eines Telescope Mounts dar. Denn um dem Teleskop eine durchgehend konsistente Sicht auf ein bestimmtes Objekt am Firmament zu ermöglichen, muss es kontinuierlich, ruckelfrei und stabil bewegt werden. Bleibt diese Nachführung aus, verlässt das Objekt das Sichtfeld des Teleskops sehr schnell und unterbricht die lückenlose Aufzeichnung des Objekts. Um das Objekt optisch im Sichtfeld zu fixieren, muss der etwa 250kg schwere Unterbau entsprechend angetrieben werden.

Keine Nachschmierung notwendig

Wally Piorkowski, Produktionsleiter bei Astro-Physics und Wissenschaftler, spricht aus der Praxis: „Begründet auf der hohen Ausfallsicherheit und Langlebigkeit verwendet Astro-Physics für alle ihre Telescope Mounts ausschließlich Antriebe von Maxon Motor." Die eingesetzten Schmiermittel in den Lagern sind ideal auf die extremen Temperaturen, wie sie bei Dome C in der Antarktis herrschen, abgestimmt. Einmal montiert müssen die Motoren von Maxon nicht weiter nachgeschmiert werden, was unter diesen Umgebungsbedingungen auch kaum zu bewerkstelligen wäre. Die Motoren verfügen zudem über eisenlose Wicklungen und Neodym-Magneten, die bei minimalem Bauvolumen eine hohe Leistung bringen. Zur mechanischen Kommutation der Motoren werden entweder Graphit- oder Edelmetallbürsten eingesetzt. Aufgrund ihrer linearen Charakteristik gestaltet sich die Implementierung in die Telescope Mounts als unkompliziert.

Unterbau mit zwei Achsen

Eine Achse, die Rektaszensionsachse, ist parallel zur Erdachse ausgerichtet und ermöglicht die Bewegung des Teleskops über den Erd-Äquator. Der Motor arbeitet entgegen der Erdrotation, so dass das Objekt am Himmel fixiert zu stehen scheint. Das Reduktionsgetriebe ist eine Eigenentwicklung von Astro-Physics.

Die zweite Achse, die Deklinationsachse, ist im rechten Winkel zur Rektaszensionsachse angeordnet und bewegt das Teleskop intermittierend im Winkelabstand des Objektes zum Himmelsäquator. Die Motoren beider Achsen sind mit Drei-Kanal-Encodern des Typs HEDS 5540 ausgerüstet.
Mit dieser Anordnung der um 90° zueinander versetzten Achsen ist die Orientierung in jeder gewünschten Richtung möglich.

Ohne magnetisches Rastmoment

„Wir benutzen Maxon A-max-Motoren für unsere kleineren Unterbauten, Maxon RE 25-Motoren für Telescope Mounts, wie sie in Dome C eingesetzt sind", fährt Wally fort. Der RE 25 bietet höchstes Drehmoment und höchste Leistungsdichte in seiner Klasse. „Ein ebenso wichtiges Argument für den Einsatz von Maxon-Motoren ist der Umstand, dass diese über kein magnetisches Rastmoment verfügen", fügt er hinzu. Als Rastmoment wird die ruckhafte, abgehackte Bewegung bezeichnet, welche die meisten eisenbehafteten Motoren aufweisen. Demgegenüber verfügen Maxon-Motoren über einen eisenlosen Kern und gewähren damit einen Rastmoment-freien Lauf; auch bei niedrigen Drehzahlen - eine Grundvoraussetzung für die Verwendung im Telescope Mount.

Einsatzgebiete

„Oftmals werden die Unterbauten getrennt vom Teleskop beschafft", sagt Wally. „So kaufen beispielsweise Astronomische Vereinigungen, Schulen oder Institute die teleskopische Ausrüstung unabhängig vom Unterbau und bauen diese dann selbst zusammen." Die Telescope Mounts 3600GTO und 3600GTOPE von Astro-Physics sind in einer Vielzahl von privaten Haushalten, in Universitäten, Forschungsinstituten und Bildungseinrichtungen, Astronomischen Vereinigungen, gemeinschaftlichen Organisationen oder in Firmen der Solartechnologie in Gebrauch.(sn)