Größtes Spiegelteleskop der Welt arbeitet mit Sensoren des niederbayerischen Unternehmens Micro-Epsilon

Die ESO (European Southern Observatory) mit Hauptsitz in Garching vertraut beim weltgrößten Spiegelteleskop, das in Chile gebaut wird, auf hochpräzise Wegsensorik von Micro-Epsilon im Rahmen einer Kooperation mit Fogale in Frankreich. Die eingesetzten induktiven Wegsensorsysteme sind die genauesten, die je in einem Teleskop verwendet wurden. Sie bestimmen die Positionen der einzelnen Spiegelsegmente in drei Achsen, eine davon auf wenige Nanometer genau.

Die Arbeiten am größten optischen und nahinfraroten Teleskop der Welt, dessen Fertigstellung für das Jahr 2024 geplant ist, schreiten voran. Das revolutionäre European Extremely Large Telescope (kurz: E-ELT) wird von der European Southern Observatory (kurz: ESO) auf dem Cerro Armazones in Chile gebaut und in seiner Größe einmalig sein. Der Sensorspezialist Micro-Epsilon fertigt tausende hochpräziser Sensoren, die für das E-ELT benötigt werden. Mit über 6000 Ingenieurjahren Erfahrung und mehr als 120 Patenten greift Micro-Epsilon auf ein breites Know-how im Bereich der hochpräzisen Sensorik zurück. Der weltweit tätige Sensorhersteller hat rund 1000 Mitarbeiter in der Unternehmensgruppe, davon knapp 400 am Hauptsitz in Ortenburg.

Die Sensoren, die Micro-Epsilon für den Teleskopgiganten liefert, spielen eine zentrale Rolle im Forschungsprojekt. Das riesige Teleskop nutzt ein nie dagewesenes optisches System aus fünf Spiegeln, welches optische und mechanische Elemente erfordert, die die moderne Technologie an ihre Grenzen bringen. Alleine der Hauptspiegel wird einen Durchmesser von 39 Metern aufweisen und sich über ein halbes Fußballfeld erstrecken. Der Spiegel mit einer Gesamtgröße von 978 Quadratmetern wird aus 798 einzelnen Segmenten bestehen, die je 1,4 Meter breit, aber nur 5 Zentimeter dick sind. Diese wabenförmigen Segmente müssen exakt zueinander ausgerichtet sein, um ein perfektes Abbildungssystem zu ergeben. Die relative Position der Spiegelsegmente kann sich aufgrund externer Störungen ändern wie z.B. durch Windlast, wechselnde Temperatureinflüsse oder auch Schwerkraft, die je nach Ausrichtung des E-ELT unterschiedlich wirkt. Die exakte Positionierung im Nanometerbereich ermöglichen die eingesetzten Sensoren des FAMES-Konsortiums, welches sich aus den beiden Unternehmen Fogale im südfranzösischen Nîmes und Micro-Epsilon zusammensetzt. Gefertigt werden die Sensoren federführend von Micro-Epsilon. Es sind die präzisesten Sensoren, die je in einem Teleskop verwendet wurden. Sie messen relative Positionen auf eine Genauigkeit von wenigen Nanometern und bilden dadurch einen fundamentalen Teil des komplexen Systems. Ihre Langzeit- und Temperaturstabilität und ihre Resistenz gegen äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit prädestinieren sie für Anwendungen im Außeneinsatz.

Die Herausforderung bei diesem Projekt, das die Lieferung von mehr als 5000 induktiven Wegmesssystemen umfasst, liegt dabei in der geforderten Präzision der Messwerte im Nanometerbereich und dies unter schwierigen Umgebungsbedingungen. Micro-Epsilon Geschäftsführer Martin Sellen zeigt sich äußerst zufrieden über die Zusammenarbeit mit ESO: „Nach jahrelanger Entwicklung liefern wir die hochpräzisen Sensoren für dieses Projekt, die als wesentlicher Bestandteil des weltgrößten Spiegelteleskops gelten. Der Bau des Teleskopgiganten geht in seiner Gesamtheit an die Grenze der technischen Machbarkeit und bedingt daher auch einen längeren zeitlichen Vorlauf. Neben der wirtschaftlichen Bedeutung können wir vor allem unser Know-how in den Bereich der internationalen Spitzenforschung einbringen“.

Die eingesetzten Sensoren beruhen auf dem Prinzip der induktiven Kopplung und greifen auf das breite Know-how von Micro-Epsilon im Bereich der Wirbelstromtechnologie zurück. Gemessen wird verschleißfrei und berührungslos mit höchster Präzision und Auflösung. Der besondere Vorteil der Sensoren liegt darin, dass sie sich unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen wie Schmutz, Druck oder Feuchtigkeit zeigen. Ein Sensor besteht jeweils aus einer Sendespule und einer auf dem benachbarten Spiegelsegment gegenüberliegenden Anordnung mehrerer Empfangsspulen. Die Sendespule wird mit einem Wechselstrom gespeist. Die durch induktive Kopplung induzierten Spannungen in den Empfangsspulen sind abhängig von der Position zur Sendespule.  Durch die patentierte Verrechnung der einzelnen Teilsignale kann die Position der Segmente zueinander in drei Achsen bestimmt werden. Der Aufbau der Spulen in der patentierten Embedded Coil Technology (ECT), wie sie auch bei Wirbelstromsensoren von Micro-Epsilon Verwendung findet, unterscheidet sich deutlich von herkömmlichen Sensoren mit gewickelter Spule. Die Spule wird hier in ein anorganisches Trägermaterial eingebettet. Durch den innovativen Aufbau besitzen die Sensoren eine extrem hohe Temperatur- und Langzeitstabilität sowie eine hervorragende Reproduzierbarkeit.

Der Bau extrem großer Teleskope nimmt in der bodengebundenen Astronomie weltweit eine entscheidende Rolle ein und soll das astrophysikalische Wissen enorm voranbringen. Das vielseitige E-ELT der nächsten Generation ermöglicht die Erforschung von hochrot verschobenen Galaxien, Sternentstehung, Exoplaneten und protoplanetaren Scheiben. Die ESO erwartet sich von dem Projekt, dass das E-ELT mit seinem gigantischen Hauptspiegel und dem Konzept für Adaptive Optik die Erforschung des Universums revolutionieren wird, wie bei Galileo vor rund 400 Jahren, als er zum ersten Mal ein Teleskop gen Himmel richtete. Es soll sich den größten wissenschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit stellen. Gibt es erdähnliche Planeten, auf denen sich Leben bilden könnte? Welche Eigenschaften haben die ersten Sterne und Galaxien, die Dunkle Materie, die Dunkle Energie und frühe Schwarze Löcher?

Das Teleskopsystem mit einem Gesamtgewicht von 2800 Tonnen kann um 360 Grad gedreht werden. Im Vergleich zu heutigen Spitzenteleskopen wird das E-ELT vier bis fünfmal größer sein und rund 15 Mal mehr Licht auffangen können. Damit wird es 100.000.000-mal mehr Licht erfassen als das menschliche Auge, 8.000.000-mal mehr als das Teleskop von Galileo und insgesamt mehr Licht als alle existierenden 8- bis 10-Meter -Teleskope der Erde zusammen.