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10Micron Technologien

DDS Technologie für AZ ROBOTIC MONTIERUNGEN

Eines unserer aktuellsten Projekte ist eine neue Generation von professionellen robotic Montierungen in altazimutal Gabel Konfiguration mit integriertem derotator/focuser, in welchem wir unsere aktuellstes Direct Drive System nutzen.

10micron AZ Robotic Montierung AZ8000 und AZ5000, mit DDS Technologie

Übersicht

Dank unserer langjährigen Erfahrung mit astronomischen Montierungen sind wir stolz, eine speziell entwickelte Lösung für professionelle Anwendungen im sowohl astronomischen als auch Satelliten-Bereich anbieten zu können, die hohen Qualitätsstandards genügt und bezahlbar ist.

Unsere AZ Montierungen integrieren alle aktuellsten Technologien und technischen Anschaffungen aus den Bereichen Mechanik, Electrik, Elektronik, Software und Design: jedes einzelne Feature und Komponente wurde genau studiert, um das höchste Maß an Effizienz zu erreichen, was 10Micron Produkte immer charakterisiert hat. Außerdem haben wir spezielle Features integriert, um die Sicherheit der Instrumente und der Bediener sicher zu stellen.

AZ5000 DDS-N mit 24” dedizierter Optic, Nasmyth Fokus Konfiguration

Haupt Features

HPS Technology

HPS Technologie

Oft kommt es vor, dass ein Kunde fragt: „Warum soll ich eine 10 Micron HPS Montierung kaufen?“

Die kurze Antwort ist: „Weil es besser funktioniert. Sie integriert ein ganzes Set an Features dass andere nicht haben und auch nicht in der nächsten Zukunft haben werden, hat absolut Encoder an beiden Achsen für hohe Genauigkeit, all das ist nützlich. Andere sagen vielleicht, es wird für immer die Art wie sie über astronomische Beobachtung denken verändern.“

Wenn Sie mit dieser kurzen Antwort noch nicht zufrieden sein sollten dann lesen Sie bitte weiter.

Was bedeuten HPS?

HPS steht für “High Precision and Speed” (hohe Präzision und Geschwindigkeit) und ist der Name für diese neue Serie von astronomischen Montierungen von 10 Micron.

Die HPS Montierungen verfügen: über zwei hoch präzise absolut Encoder direkt auf jeder Achse, um noch nicht dagewesene Positionierungs- und Nachführgenauigkeit sicher zu stellen, und high-performance Servomotoren und Treiber um hoch Geschwindigkeits-Positionierung zu ermöglichen.

Diese radikale Leistungsverbesserung im Vergleich zu früheren Technologien erlaubt auch eine radikale Veränderung in den Arbeitsabläufen in der Beobachtung und Astrofotographie.

In den meisten Anwendungen, inclusive Deep-Sky Aufnahmen mit langer Belichtungszeit, ist kein Auto Guiding mehr nötig.

Die Positionierungsgenauigkeit erlaubt es sicher zu sein, dass sobald die Montierung richtig eingerichtet ist, Objekte im kleinsten Sichtfeld zentriert sind. Selbst mit einem mobilen Setup auf einer abgelegenen Lichtung oder auf einem Berg. Weiterhin erlaubt die interne Elektronik der Montierung fast alles ohne eine externen PC zu tun.

Das Encoder System

Die absolut Encoder bieten hohe Genauigkeit  und Subbogensekunden Feedback auf die Bewegung der Montierung. Die absolut Encoder rendern die Axe „live“ und frei externen Kräften, wie Wind und Vibrationen oder versehentlichem Kontakt entgegen zu wirken. Weiterhin wird dieses Feedback unabhängig von Nullstellungs- oder Referenzierungs- Vorgang geliefert.  Das bedeutet, die Electronik kennt immer die Position der Montierung.

So ist es möglich, die Montierung abgeschaltet mit gelösten Kupplungen frei zu bewegen, und trotzdem weiß die Montierung beim Start in welche Richtung das Teleskop schaut.

Man kann die Montierung auch effektiv als manuelles Dobson Teleskop nutzen, bei bleibender Subbogensekunden Genauigkeit der Encoder.

Das bedeutet eine leichte Bedienung im Feld, da das Einrichten deutlich schneller möglich ist.

Im Hinblick auf die Rektaszensionsachse wird nahezu der gesamte mechanische Fehler des Untersetzungsgetriebes eliminiert.

Nicht nur der sogenannte „periodische Fehler“ aus periodischen Unregelmäßigkeiten auf Grund von Unregelmäßigkeiten in der Fertigung und Montage der Schnecke, sondern auch nicht periodische Fehler auf Grund von Unvollkommenheiten im Schneckenrad, der Lagerung oder dem Riemen wird eliminiert.

Im Hinblick auf die Deklinationsachse kann es wirken als ob das Encoder System weniger wichtig ist, da es hier kein Sternenverfolgungsachsen Bewegung gibt. In der Realität ist es aber ein kritischer Bestandteil bei der Sternenverfolgung. Wenn Brechung, Teleskop- und Montierungsbiegung usw. ausgeglichen werden soll, dann muss die Deklinationsache sehr langsam bewegt werden.

Während die Rektaszensionsachse sich immer mit derselben Geschwindigkeit bewegt (plus minus ein paar kleine Korrekturen), bewegt sich die Deklinationsachse immer mit nahezu null Geschwindigkeit, mit gelegentlicher Umkehr der Bewegungsrichtung.

Das bedeutet mechanisches Spiel, Riemenbiegungen und Reibkräfte zeigen sich in der Deklinationsachse, und man kann sich nicht auf eine „Periodic Error Correction“ verlassen dies auszugleichen.

Ticks um die Auswirkungen dieser Kräfte zu reduzieren erfordern eine sehr geringe Vorspannung auf der Schnecke mit dem Risiko unkontrollierter Bewegungen bei kleinsten von außen wirkenden Kräften, elende Kalibrierung von Software Rückschlagkompensation, manuelles Einstellen des Eingriffsgetriebes. Oder, vielleicht das Erzwingen von kleinen Ausrichtungsfehlern, um die Auto Guiding Korrektur immer in dieselbe Richtung zu zwingen.   Folglich ist es sowohl auf der Rektaszensionsachse als auch auf der Deklinationsachse wichtig direkt einen Encoder montiert zu haben.

Objekttracking und Montierungsmodel

 Die Aufgabe astronomische Objekte zu verfolgen kann in mehrere Teil Aufgaben geteilt werden die wir im Folgenden einzeln erörtern werden.

Um eine Subbogensekunden Trackinggenauigkeit mit HPS Montierung zu erreichen müssen all diese Aspekte in Betracht gezogen werden. Außerdem, zeigen sich viele „subtile“ Auswirkungen und auch diese müssen beachtet werden.

 

Modellierung der Orientierung der Montierung mit Beziehung zur Erde

Eine ideale äquatoriale Montierung hat ihre Rektaszensionsachse direkt auf die Himmelspole ausgerichtet. Wenn ein Fehler vorliegt dann, wird die Montierung unterschiedliche Positionierungs- und Trackingfehler in beiden Achsen erfahren.  Mit einer typischen Montierung die Objekte mit einer konstanten Bewegung der Rektaszensionsachse verfolgt ist es von höchster Wichtigkeit diesen Idealzustand zu erreichen.

Es gibt viele Methoden dies zu erreichen von der universalen (aber langwierigen) Bigourdan Methode, zu iterativen Methoden die die Möglichkeiten computerisierter Montierungen mit sich bringen, bis hin zur traditionellen Kochab Methode (die schwieriger umzusetzen ist als man erwartet).

Viele computerisierte Montierungen erlauben die Ausrichtung auf ein, zwei oder drei Sterne mit sinkender Unsicherheit für die Richtigkeit der ursprünglichen Ausrichtung, um so die polare Fehlausrichtung zu berechnen.

Diese Information wird dann zur Ausrichtung auf Objekte verwendet.  Die HPS Montierung tut dies genau so, geht aber einen Schritt weiter und verwendet diese Information auch zur Korrektur beim Tracking. Das bedeutet das Objekte, auch ohne Himmelspol Ausrichtung, korrekt getrackt werden können.

Selbstverständlich, mochten sie vielleicht sichergehen eine vernünftige Ausrichtung zu haben um bei langen Aufnahmen Feldrotation zu vermeiden.

Viele Funktionen werden von der 10Micron Firmware bereitgestellt: selbst die Anzahl der Umdrehungen die an Azimut und Altimuth Einstellrädern gemacht werden müssen wird angegeben.

So haben wir die Pol Suche eliminiert um die mechanische Steifigkeit der Montierung zu verbessern, da die anfängliche Ausrichtung auch mit einer um viele Grad vom Pol abweichenden Montierung durchgeführt werden kann. Das ungefähre Zentrieren von zwei Sternen in Okular (sogar mit manuellen Bewegungen, wie bei der Dobson Methode), dann zentrieren auf einen dritten Stern mit den Verstell-Griffen ist viel schneller als das Ausrichten des typischen Polsuchers mit Datum und Uhrzeit,  kompensieren des Längengrads und Knies, für das richtige Sternmuster für Ihre Hemisphäre in einem zu kleinen Sichtfeld.

All dies erfordert eine genaue Kenntnis der Zeit und der Position auf der Erde. Wenn sie planen, die Ausrichtung wiederzuverwenden (z.B.: wenn man in einem Observatorium ist), muss die Uhr der Montierung genau synchronisiert sein und die Koordinaten der Position sehr präzise sein. Aus diesem Grund ist es neben dem Kepad oder einem externen PC auch möglich diese Daten mit dem optionale GPS Modul diese Informationen bereitzustellen.

Modellierung der Orientierung des Teleskops auf der Montierung

Selbstverständlich wird die Achse des Teleskops nicht perfekt senkrecht zur Deklinationsachse stehen und sie wird nicht perfekt mit dem Nullwinkel des Absolut Encoders ausgerichtet sein. Wenn der dritte Stern zum Ausrichtungsverfahren hinzugefügt wird werden diese Fehler automatisch berechnet und korrigiert.

 

Modellierung der Fehler eines mechanischen Systems im Vergleich zu einem „idealen“

Wir wissen das keine Mechanik ideal ist. Selbst mit hoch genauen Encodern direkt auf den Achsen montiert, haben wir immer noch das Problem der mechanischen Biegung. Bei den meisten Montierungen werden die mechanischen Fehler nicht auf der Software ebene angesprochen. Selbstverständlich können mechanische Fehler mit vorsichtigem Design und Fertigung minimiert werden.

Zum Beispiel kann eine Deformation von fünf tausendstel Millimeter an einem der Beine eines typischen Dreibein Stativs eine Bogensekunde Abweichung erzeugen.

Eine solche Verformung kann leicht durch die Bewegung um das Baryzentrum eines nicht perfekt ausbalancierten Teleskops verursacht werden.

 

Das beste was wir als tun können ist ein Model zu erstellen, dass die mechanische Biegung der Montierung und des Teleskops berücksichtigt. Durch Vergleich der Verschiedener Punkte am Himmel mit der Anzeige des Encoders (d.h. mit dem absoluten Winkel der an den Achsen der Montierung eingestellt ist). Mit ausreichend Punkten kann die Biegung gut modelliert werden um eine hoch präzise Ausrichtung zu ermöglichen. Soweit wir wissen erlaubt dies keine Montierung auf dem Markt ohne die Verwendung eines externen Computers. Bei 10Micron kann es so einfach sein wie das Hinzufügen von Sternen zu denen die bereits für die erste Ausrichtung verwendet wurden.

Natürlich kann dieser Vorgang automatisiert werden, mit externen Tools die vordefinierte Punkte am Himmel anfahren ein Bild machen und dann mittels „Plate Solving“ die gemessenen Koordinaten an die Montierung zurückgeben.  

Es können bis zu 100 Ausrichtungs-stern/ -punkte für diese Aufgabe verwendet werden, dank der hohen Ausrichtungsgeschwindigkeit nimmt es erstaunlich wenig Zeit in Anspruch.

Das alles funktioniert natürlich nur wenn die mechanischen Fehler reproduzierbar sind.

Das bedeutet mechanische Biegung kann zwar hervorragend Modelliert werden mechanisches Spiel oder Umkehrspiel allerdings nicht.

Die On Axis Encoder stellen sicher das bei der Erstellung eines Pointing-modells, Tracking oder Ausrichten auf Objekte kein Spiel in der Montierung in die Quere kommt. Die Aufgaben schwankende Spiegel, lose Fokussierter Rohre   usw. zu eliminieren bleiben bei Ihnen.

 

Modellierung die Einflüsse der Atmosphäre auf den Weg des Lichts

Die Erdatmosphäre krümmt das Licht von Astronomischen Objekten, abhängig von der Luftdichte.

Dies wird als „atmosphärische Brechung“ bezeichnet. Bei traditionellen Montierungen ist es oft ratsam, die Rektaszensionsachse auf den gebrochenen Himmelspol auszurichten und eine spezielle Nachführgeschwindigkeit (die sogenannte „Königsgeschwindigkeit“) einzustellen, die den scheinbaren Geschwindigkeitsunterschied aufgrund der Refraktion (nur in Rektaszension) kompensiert.

10Micron-Montierungen ermöglichen die Einstellung des barometrischen Drucks und der atmosphärischen Temperatur und können diese auch während einer Beobachtungssitzung ändern, um ihre Ausrichtung und Nachführung kontinuierlich zu korrigieren, um atmosphärische Veränderungen zu berücksichtigen. Dies kann manuell, über die Tastatur oder über einen externen PC erfolgen.

 

Modellierung der Ausrichtung der Erde

Wie jeder weiß, dreht sich die Erde. Ihre Hauptbewegung ist die tägliche Rotation. Um als „äquatoriale Montierung“ bezeichnet zu werden reicht es daher oft mit konstanter Rate um die Rektaszensionsachse zu gewährleisten. Diese Rate wird üblicherweise von einer Quarz Uhr vorgegeben und sollte so zuverlässig genau sein. Was viele nicht wissen ist, dass die üblichen Quarzoszillatoren in Elektronik nicht Temperatur Kompensiert sind. Außerdem sind sie ohne ihn nicht besonders genau. Bei einer üblichen Temperatur von -5°C (23°F), was nicht selten ist für astronomische Beobachtung, kann ein typischer Quarz einen Fehler von mehreren Zehn Teilen pro Million (ppm) haben. Fehler von 20-30 ppm sind üblich was sich auf 2,5 Sekunden pro Tag akkumulieren kann, was mehr als eine Bogensekunde pro Stunde bedeutet.

Der Verlust an Positionierungsgenauigkeit in einer 12 Stunden Winternacht wären dann etwa 20 Bogensekunden, und deutlich mehr, wenn die Montierung abgeschaltet wird und tage später wieder angeschaltet wird.

Dies kann korrigiert werden indem man die Montierung konstant mit einem externen Zeitgeber synchronisiert (z.B. einem PC dessen Uhr mit NIST Zeit Server synchronisiert ist), oder mit dem bereits angesprochen optionalem GPS Modul.

Nach dem jetzigen Stand haben alle unserer motorisierten Montierungen eine Batterie gestützte Uhr mit Temperatur Kompensation, welche in der Lage ist die Zeit mit einer Genauigkeit von 3,5 ppm, bei Temperaturen von -40°C bis +40°C (-40°F to +104°F), anzugeben.

Eine deutlich langsamere aber trotzdem fundamentale Bewegung ist die Präzession das Äquinoktium.

 Wenn die Präzession nicht modelliert wird ist man dazu gezwungen Standard Koordinaten zu verwenden.

 Manche mögen denken, wenn man eine Ausrichtung mit J2000.0 Koordinaten macht dann sollte man in der Lage seine Objekte mit J2000.0 Koordinaten zu positionieren, nichts könnte weiter von der Realität liegen.  Präzession verändert die Richtung der Erdrotationsachse, mit anderen Worten den Himmelspol. Das Bedeutet die Ausrichtung funktioniert für einige Minuten danach ist die Positioniergenauigkeit nicht mehr gewährleistet.

Manche Systeme berücksichtigen Präzession nicht in Ihren Datenbanken. Standardmäßig kommunizieren 10Micron Montierungen in JNOW das bedeutet die Koordinaten referenzieren das wahre Äquinoktium des Datums der Observation. Aber alles ist in der Firmware berücksichtigt selbst Nutation und Abberation.

Ein weiter Faktor der die Genauigkeit der Montierung über länger zeit beeinflussen kann ist die Veränderung in der Rotationsgeschwindigkeit der Erde.

Was wir die UTC Zeit nennen ist nur eine Näherung an den Rotationswinkel der Erde.

Der Winkel der Rotation wird in UT1 gemessen, wenn wir Pol Wanderung und Jahreszeitliche Veränderungen (die ohne hin weniger als eine Bogensekunde ergibt).

UTC basiert auf Atomuhren, und manchmal eine „schalt Sekunde“ um es innerhalb von 0.9 Sekunden von UT1 hält.

Also wenn UT1 mit UTC angenähert wird dann schafft man bis zu 14 weiter Bogensekunden Abweichung in die Positionier Genauigkeit.

Dieser Unterschied verändert sich nur sehr langsam und in der Praxis wird das Problem nicht bemerkbar.

Aber wenn die Schaltsekunde eingefügt wird, haben Sie einen plötzlichen Sprung in den Koordinaten. Daher werden wir eine vollständige Abrechnung von UTC, UT1 und Schaltsekunden seit der Firmware-Revision 2.13.1 implementieren. Aber wenn die Schaltsekunde eingefügt wird, gibt es einen plötzlichen Sprung in den Koordinaten. Wir werden also eine vollständige Abrechnung von UTC, UT1 und Schaltsekunden seit Firmware-Revision 2.13.1 implementieren.

 

Modellierung der Bewegung der astronomischen Objekte selbst

 

 Eine ganze Reihe von astronomischen Objekten weisen eine sichtbare Bewegung auf. Planeten, Asteroiden, Kometen, und auch künstliche Satelliten der Erde. Die Firmware der 10micron-Montierung kann die Bewegung all dieser Objekte direkt aus ihren Bahnparametern berechnen (außer bei Planeten müssen Sie die Bahnparameter in die Montierung hochladen: Sie können das tun, bevor Sie zu Ihrem bevorzugten Beobachtungsort aufbrechen). Künstliche Satelliten werden über eine spezielle Funktion nachgeführt, die wir Ihnen ans Herz legen möchten. Objekte des Sonnensystems werden automatisch auf beiden Achsen nachgeführt, wenn Sie die Einstellung "Objekt folgen" eingeschaltet lassen. Bitte beachten Sie, dass der Mond eine merkliche Bewegung in Deklination hat, die viele Montierungen nicht berücksichtigen, auch wenn die "Mondnachführung" gewählt ist.

Warum kein Autoguiding? Es wirkt einfacher …

Autoguiding ist einfacher... für den Montierungshersteller. Für den Anwender bedeutet Autoguiding zusätzlichen Ärger. Wenn Sie ein externes Guider-Scope verwenden, bedeutet das, dass Sie nicht alle Biegungen zwischen den beiden Instrumenten kompensieren können, und Sie haben zusätzliche, schwere Ausrüstung. Wenn Sie eine spezielle Guider-Kamera verwenden, bedeutet dies zusätzliche Verkabelung, Software-Installation und Einrichtung. In jedem Fall bedeutet es zusätzlichen Aufwand bei der Suche nach geeigneten Leitsternen, bei der Suche nach angepassten Parametern der Guider-Software, bei der Kalibrierung. HPS-Montierungen können während der Dämmerung auf helle Sterne ausgerichtet werden, dann kann jede Sekunde der Dunkelheit für die Aufnahme genutzt werden. Außerdem ist Autoguiding nicht immer möglich. Die typische Situation ist die Abbildung eines schwachen, sich schnell bewegenden Kometen. Wenn Sie dennoch Autoguiding wollen/brauchen, bieten HPS-Montierungen einen Standard-ST4-Anschluss sowie alle üblichen Einstellungen und Steuerungen per Remote-Software.

Pointing von Objekten

Die HPS-Montierungen verfügen über eine sehr reichhaltige Objektdatenbank, die nicht nur die klassischen Messier- und NGC/IC-Kataloge umfasst, sondern auch viele Kataloge von Sternen, einschließlich Veränderlichen- und Doppelsternen, sowie von Deep-Sky-Objekten. Auch ein Katalog von Mondmerkmalen ist verfügbar und dank der hohen Pointing-Genauigkeit nützlich.

Die hohe Geschwindigkeit der Montierung ist, über die Beschleunigung der Ausrichtungsvorgänge hinaus, für das schnelle Einfangen von Satelliten (besonders nach einem Meridiandurchgang) notwendig. Darüber hinaus hilft sie, den Zeitverlust bei Forschungsanwendungen zu reduzieren, indem sie die Datenmenge erhöht, die in den oft kurzen Beobachtungsnächten gewonnen werden kann.

Instrumenten Setup

Die HPS-Halterungen bieten ein reichhaltiges System an Zubehör für die Montage verschiedener Instrumente. Sogar mehrere Instrumente können an einer einzigen Montierung befestigt werden, um immer die richtige Bildgebungsausrüstung bereit zu haben. Da das Pointing- und Tracking-Modell vom jeweiligen Instrument abhängt (die Biegung ist unterschiedlich), ermöglicht die Montierung verschiedene Modelle, eines für jedes Instrument, die im internen Speicher gespeichert und bei Bedarf wieder geladen werden können.

Eine weitere nützliche Funktion, besonders für schwerere Montierungen, ist die elektronische Waagefunktion. Mit dieser Funktion können Sie die Unwucht der Instrumentierung messen und entsprechend ausgleichen. Die hohe Geschwindigkeit ist auch sehr nützlich, um diesen Vorgang zu beschleunigen.

Fernsteuerung und Anschlussmöglichkeiten

Die HPS-Halterungen bieten eine Vielzahl von Anschlussmöglichkeiten. Während Sie die traditionelle RS-232-Verbindung wählen können, um die Elektronik von einem externen PC aus zu steuern, ziehen Sie es heute vielleicht vor, sie für die direkte Steuerung einer computergesteuerten Kuppel zu verwenden. Die Firmware liefert alle relevanten Berechnungen auch für außermittig montierte Montierungen und mit Versatz montierte Instrumente. Der GPS-Anschluss dient auch als zusätzlicher RS-232-Anschluss, wenn Sie das GPS nicht verwenden. Der beste Weg, die Montierung mit Ihrem PC zu verbinden, ist jedoch die LAN-Verbindung über TCP/IP oder die drahtlose Verbindung. Die Montierung kann sich mit einem bestehenden WLAN verbinden, oder sie kann als Hotspot verwendet werden, mit dem sich Ihr PC, Tablet oder Smartphone verbinden kann.

Die LAN-Verbindung bietet eine bessere Hochspannungstoleranz als die typische RS-232-Verbindung; noch besser ist es mit dem WLAN, was ... kabellos ist. Bei abgelegenen, blitzgefährdeten Sternwarten kann dies den Unterschied zwischen einer funktionstüchtigen und einer durchgebrannten Elektronik ausmachen!

Die Montierung unterstützt bis zu zehn gleichzeitige TCP/IP-Verbindungen, so dass Sie verschiedene Software, aber auch verschiedene Geräte gleichzeitig nutzen können. 10micron stellt einen ASCOM-Treiber für Windows zur Verfügung, aber wenn Sie Ihr eigenes Steuerungssystem implementieren wollen, stellen wir den Befehlssatz zur Verfügung, der sowohl auf den RS-232-, LAN- und WLAN-Verbindungen verwendet werden kann. Der Befehlssatz ist weitgehend LX200-kompatibel, enthält aber viele weitere Funktionen und Betriebsarten. Im Remote-Betrieb werden Sie auch die zusätzliche Sicherheit durch die Absolut Encoder zu schätzen wissen: Sie verlieren auf keinen Fall Ihre Ausrichtung, auch nicht bei durchrutschenden Kupplungen.

Die HPS-Montierungen sind in der Lage, bis zu 30° jenseits des Meridians zu arbeiten, und zwar in beiden Richtungen (d.h. mit der Gegengewichtsstange oben und dem Teleskop unten). Dies erlaubt mindestens einen Bogen von 60° für die Nachführung jedes Objekts, was einer Nachführzeit von mindestens vier Stunden für Objekte, die den Meridian überqueren, entspricht (vorausgesetzt, das Objekt setzt oder stößt nicht an eine andere Grenze). Dieser Wert ist von 0° bis 30° konfigurierbar, um die maximale Flexibilität zu erreichen. Die Montierung warnt Sie, wenn sie an die Trackinggrenze stößt; an der Grenze wird das Tracking beendet. Sie müssen das Objekt erneut ausrichten, um eine Meridianumkehr zu erzwingen.