Радиотелескопы Leighton
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Радиотелескопы Leighton представляют собой параболические параболические антенны диаметром 10,4 метра, разработанные Робертом Б. Лейтоном в 1970-х годах и изготовленные в кампусе Калифорнийского технологического института в 1970-х и 1980-х годах. Поверхности телескопа достигли точности 10 микрон (среднеквадратичное значение), что позволяло проводить наблюдения в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах. Всего было изготовлено восемь таких телескопов. Они использовались в качестве шести элементов миллиметрового интерферометра радиообсерватории Оуэнс-Вэлли (OVRO) в Калифорнии , а также в качестве отдельных телескопов в Субмиллиметровой обсерватории Калифорнийского технологического института на Гавайях и в Исследовательском институте комбинационного рассеяния света (RRI) на Гавайях.Бангалор , Индия. Весной 2005 года шесть телескопов Leighton в долине Оуэнс были перемещены [1] на высокогорье в Белых горах, чтобы сформировать ядро массива CARMA из 25 телескопов. Массив CARMA был выведен из эксплуатации в 2015 году, когда телескопы Leighton были перемещены обратно в OVRO, где они теперь перепрофилируются для различных проектов, включая CO Mapping Array Pathfinder (COMAP) [2] (массив изображений 19 пикселей), Event Horizon Telescope (EHT) и различные проекты по обнаружению переходных процессов.

Происхождение

В 1973 году Роберт Лейтон предложил NSF построить четыре параболические тарелочные радиоантенны диаметром 10,4 метра. Три из этих антенн должны были использоваться в качестве интерферометра миллиметрового диапазона для установки в OVRO, а четвертая должна была использоваться в качестве одиночного субмиллиметрового телескопа на высокогорье. Предложение было одобрено (AST 73-04908), а общий объем финансирования составил 477 700 долларов США. [3]

Схема крепления телескопа

Гора

Телескопы имеют альтазимутальное вилочное крепление. Ось азимута представляет собой перевернутый круговой конус, вершина которого поддерживается упорным подшипником . Роликовые подшипники кулачкового толкателя, установленные вокруг верхней части основания, прижимаются к вершине перевернутого конуса, чтобы завершить ограничение азимутальной оси. На азимутальном упорном подшипнике имеется кабельная обмотка для сигнальной и силовой проводки. На вершине конуса расположена азимутальная платформа, на которой установлены два подшипника возвышения. Подъемная опрокидывающаяся платформа, на которой установлен первичный отражатель, приводится в движение по высоте с помощью вращающейся шарико-винтовой передачи.

Азимутальная площадка достаточно велика, чтобы на ней могли работать несколько человек. В нем также есть небольшая комната с боковой кабиной справа от правого вертикального подшипника, в которой находятся радиоприемники с фокусом Нэсмита (обычно приемники SIS ). В боковой кабине также размещена электроника для энкодеров осей , систем гетеродина и промежуточной частоты и наклономеров, а также компьютер управления антенной.

Телескоп приводят в движение три двигателя: два по азимуту и ​​один по углу места. Между азимутальными двигателями поддерживается смещение в напряжении привода, чтобы предотвратить люфт при приводе в действие ходовой шестерни диаметром 1,74 метра. Телескопы могут поворачиваться со скоростью 40 градусов в минуту.

Оптика

Главное зеркало 10,4 метра имеет фокусное расстояние 0,4 . Гиперболоид вторичное зеркало 0,606 метров в диаметре, и направляет свет либо в фокусе Кассегрена или фокус Нэсмита , в зависимости от того или нет третичный зеркало присутствует. Телескоп имеет эффективное фокусное отношение 12,4 в фокусе Кассегрена, который расположен в точке пересечения осей азимута и угла места. [4]

Блюдо

Вверху: блюдо Лейтон, вид сверху. Пластины с шестиугольной поверхностью поддерживаются пространственной рамкой, которая выглядит как равносторонние треугольники, если смотреть вдоль оптической оси. Внизу: поперечное сечение конструкции рамы опорного пространства, охватывающее точки, отмеченные буквой A на верхнем рисунке.

Главное зеркало, обычно называемое тарелкой, состоит из 84 панелей, которые имеют шестиугольную форму при проецировании на плоскость апертуры (тарелка RRI состоит из 81 панели). Каждая панель имеет диаметр примерно 1,15 метра. Панель, которая могла бы выложить плиткой центр блюда, отсутствует, обеспечивая отверстие, необходимое для очагов Кассегрена и Нэсмита. Панели у края тарелки имеют неправильную форму, а в некоторых случаях превышают номинальный размер, чтобы покрыть круглое отверстие плиткой без необходимости использования очень маленьких панелей. Зеркало гомологично на 92%, сохраняя почти параболическую форму, при этом меняется только точка фокусировки, когда зеркало деформируется под действием силы тяжести при изменении угла возвышения телескопа. Отклонения от гомологии составляют менее 17 микрон RMS во всем диапазоне возвышений телескопа.Эти изменения фокуса компенсируются перемещением вторичного зеркала в боковом направлении и вдоль оптической оси.

Механизм, используемый для формирования первичного отражателя.

Уникальной особенностью телескопов Leighton является то, что первичный элемент изготавливается как единая прецизионная поверхность диаметром 10,4 м, а не индивидуально обработанные панели. Панели тарелки изготовлены из легкого (15 кг / м 3 ) алюминиевого сотового материала с вертикальными каналами. Для придания отражателю параболической формы панели были собраны на той же пространственной раме из стальных труб.который будет поддерживать панели на развернутом телескопе. Космическая рама была установлена ​​на воздушной опоре, окружающей центральную мачту. От центральной мачты отходила рука, имеющая с нижней стороны параболическую гусеницу. Параболическая дорожка была сформирована с помощью лазерной метрологической системы, которая использовала тот факт, что парабола - это геометрическое место точек, равно удаленных от фокальной точки и линии директрисы. Направляющей в этом случае была верхняя часть руки. После создания параболической дорожки режущий инструмент перемещался по направляющей и разрезал сотовые панели, когда тарелка вращалась на воздушном подшипнике. После того, как сотовые панели были вырезаны до правильной параболической формы, на каждую панель была нанесена алюминиевая пленка, чтобы обеспечить отражающую поверхность тарелки. [5]

Полностью собранная тарелка Leighton Dish перемещается в CARMA [1]
Одна из тарелок Leighton проезжает по горной дороге через каньон со слотами на пути от OVRO к месту CARMA в июне 2015 г. [1]

Космический каркас изготовлен из стальных труб длиной менее 1,5 м с отверстиями на каждом конце для установки установочных штифтов. Расстояние между отверстиями достигается с точностью до 10 микрон. Один человек может собрать пространственный каркас на воздушной опоре за несколько дней. Эта концепция была разработана в рамках исследования того, как астронавты могут собрать в космосе большой телескоп. Прецизионное соединение установочного штифта также позволило выполнить точный анализ методом конечных элементов (FEA) с помощью компьютеров, доступных в 1970-х годах. Это позволило изменить конструкцию поперечных сечений трубы для улучшения характеристик гомологии. Во время обработки поверхности пространственная рама поддерживалась кинематически в трех основных точках. Рамка стыковочного штифта была спроектирована таким образом, чтобы антенна, включая панели,после изготовления их необходимо разобрать на большие секции (обычно три) и доставить в обсерваторию без значительного ухудшения оптического качества тарелки. Главный элемент помещается на опрокидывающуюся платформу, опирающуюся на те же три основные точки опоры, без создания каких-либо новых напряжений. К опрокидывающейся платформе прикреплены еще шесть точек для передачи жесткости опрокидывающейся платформы на пространственную раму. Прокладки используются в дополнительных шести точках крепления, чтобы гарантировать, что они не нагружают пространственную раму при просмотре в зените. Это критически важная часть успеха сборки первичного отражателя на опрокидывающейся платформе, и он использовался при перемещении телескопов на высокогорную площадку CARMA и обратно в долину.без значительного ухудшения оптического качества тарелки. Главный элемент помещается на опрокидывающуюся платформу, опирающуюся на те же три основные точки опоры, без создания каких-либо новых напряжений. К опрокидывающейся платформе прикреплены еще шесть точек для передачи жесткости опрокидывающейся платформы на пространственную раму. Прокладки используются в дополнительных шести точках крепления, чтобы гарантировать, что они не нагружают пространственную раму при просмотре в зените. Это критически важная часть успеха сборки первичного отражателя на опрокидывающейся платформе, и он использовался при перемещении телескопов на высокогорную площадку CARMA и обратно в долину.без значительного ухудшения оптического качества тарелки. Главный элемент помещается на опрокидывающуюся платформу, опирающуюся на те же три основные точки опоры, без создания каких-либо новых напряжений. К опрокидывающейся платформе прикреплены еще шесть точек для передачи жесткости опрокидывающейся платформы на пространственную раму. Прокладки используются в дополнительных шести точках крепления, чтобы гарантировать, что они не нагружают пространственную раму при просмотре в зените. Это критически важная часть успеха сборки первичного отражателя на опрокидывающейся платформе, и он использовался при перемещении телескопов на высокогорную площадку CARMA и обратно в долину.К опрокидывающейся платформе прикреплены еще шесть точек для передачи жесткости опрокидывающейся платформы на пространственную раму. Прокладки используются в дополнительных шести точках крепления, чтобы гарантировать, что они не нагружают пространственную раму при просмотре в зените. Это критически важная часть успеха сборки первичного отражателя на опрокидывающейся платформе, и он использовался при перемещении телескопов на высокогорную площадку CARMA и обратно в долину.К опрокидывающейся платформе прикреплены еще шесть точек для передачи жесткости опрокидывающейся платформы на пространственную раму. Прокладки используются в дополнительных шести точках крепления, чтобы гарантировать, что они не нагружают пространственную раму при просмотре в зените. Это критически важная часть успеха сборки первичного отражателя на опрокидывающейся платформе, и он использовался при перемещении телескопов на высокогорную площадку CARMA и обратно в долину.Это критически важная часть успеха сборки первичного отражателя на опрокидывающейся платформе, и он использовался при перемещении телескопов на высокогорную площадку CARMA и обратно в долину.Это критически важная часть успеха сборки первичного отражателя на опрокидывающейся платформе, и он использовался при перемещении телескопов на высокогорную площадку CARMA и обратно в долину.

Все тарелки, за исключением тарелки на телескопе RRI, были изготовлены в здании синхротрона недалеко от юго-восточного угла кампуса Калифорнийского технологического института; здание, которое было построено для размещения оборудования, необходимого для полировки 200-дюймового зеркала телескопа Хейла почти полвека назад. Блюдо и крепление для телескопа RRI были изготовлены в Национальной аэрокосмической лаборатории , а окончательная сборка была произведена в библиотеке RRI.

Развертывание

Антенны миллиметрового диапазона OVRO на фоне гор Сьерра-Невада в Калифорнии.

Первые три телескопа были развернуты в ОВРО для тестирования в качестве интерферометра миллиметрового диапазона. После того, как в 1985 году была выделена первоначальная трехэлементная матрица, к ней были добавлены еще три антенны, чтобы создать шестиэлементный интерферометр. Изготовлением второго комплекта из трех антенн OVRO руководил Дэвид Вуди после ухода Роберта Лейтона на пенсию. Пять из шести антенн OVRO были профинансированы NSF, а Фонд Кеннета и Эйлин Норрис оплатил шестую, которая была посвящена в 1996 году. В 2005 году эти шесть телескопов были перемещены в Седар-Флэт в горах Инио в Калифорнии и добавлены к ним. в массив CARMA . Массив CARMA прекратил работу в 2015 году, а шесть телескопов Leighton были возвращены в OVRO для хранения. [6] Одна из этих шести антенн сейчас используется в качестве телескопа CO Mapping Array Pathfinder.

Чашка Лейтона с наиболее точной поверхностью использовалась в Субмиллиметровой обсерватории Калифорнийского технологического института.

Телескоп Leighton с наиболее точной поверхностью (среднеквадратичное значение 10 микрон) был отправлен на Мауна-Кеа, Гавайи, и стал Субмиллиметровой обсерваторией Калифорнийского технологического института . Этот телескоп был назван «Телескоп Лейтон» после смерти Роберта Лейтона в 1997 году. Уникальный среди телескопов Лейтон, это устройство имело активный контроль поверхности с помощью нагревательных элементов, добавленных к стойкам, поддерживающим поверхностные панели. [7]

Телескоп в стиле Лейтон в Рамановском научно-исследовательском институте. В сером здании слева располагалась диспетчерская телескопа.

Другой телескоп Лейтон находился в Индии в Рамановском научно-исследовательском институте. Хотя он довольно близко следовал дизайну Лейтон, он отличается от всех других, потому что он был полностью изготовлен и собран в Индии. Кроме того, это был единственный телескоп Лейтон, в котором использовались приемники с основным фокусом (в дополнение к приемникам в других фокусах). Телескоп был размещен на крыше здания, в котором размещались его электроника системы IF и спектрометры с блоком фильтров. Работа началась в 1988 г. с наблюдений мазерного излучения SiO на частоте 86 ГГц переменных звезд типа Мира . [8] В 1993 году точность измерения поверхности составила 120 микрон (среднеквадратичное значение). [9]К 2009 году поверхность деградировала; голографические измерения на частоте 12 ГГц показали, что поверхность имеет среднеквадратичную точность 350 микрон, но поверхность по-прежнему позволяет проводить наблюдения на частотах до 43 ГГц с эффективностью аппертуры 50%. [10] Телескоп был выведен из эксплуатации примерно в 2012 году.

Смотрите также

  • Субмиллиметровая обсерватория Калифорнийского технологического института
  • Комбинированный массив для исследований в астрономии миллиметрового диапазона
  • Роберт Б. Лейтон

использованная литература

  1. ^ a b c Катха, Морган. «Перемещение 10-метровой антенны Leighton на OVRO с площадки CARMA - 30 июня 2015 г.» . YouTube . Проверено 10 ноября 2020 .
  2. ^ Клири, Киран; Фанатик-Сази, Мари-Анн; Чанг, Дону; Церковь, Сара Э .; Дикинсон, Клайв; Эриксен, Ганс; Гайер, Тодд; Голдсмит, Пол; Гундерсен, Джошуа О .; Харпер, Стюарт; Харрис, Эндрю I; Лэмб, Джеймс; Ли, Тони; Манро, Райан; Пирсон, Тимоти Дж .; Ридхед, Энтони К.С.; Wechsler, Risa H .; Ингунн, Катрин Вехус; Вуди, Дэвид (январь 2016 г.). "Навигатор CO Mapping Array Pathfinder (COMAP)" . Тезисы докладов собрания Американского астрономического общества . 227 : 426. Bibcode : 2016AAS ... 22742606C . Дата обращения 1 ноября 2020 .
  3. ^ Лейтон, Роберт Б. «Окончательный технический отчет» (PDF) . Библиотека Калифорнийского технологического института . Проверено 31 окт 2020 .
  4. ^ Серабин, Э. «Записка CSO по оптике № 4: Релейная оптика Кассегрена для прерывателя CSO» (PDF) . ОГО . ОГО . Дата обращения 3 ноября 2020 .
  5. ^ Вуди, Дэвид; Вейл, Дэвид; Шааль, Вальтер (май 1994). «Дизайн, конструкция и характеристики радиотелескопов Leighton диаметром 10,4 м». Труды IEEE . 82 (5): 673–786. DOI : 10.1109 / 5.284734 .
  6. ^ «История ОВРО» . Калтех . Дата обращения 1 ноября 2020 .
  7. ^ Леонг, Мелани; Пэн, Жуйшэн; Ёсида, Хиросигэ; Чемберлин, Ричард; Филлипс, Томас Г. (2009). Субмиллиметровая астрофизика и технология: симпозиум в честь Томаса Г. Филлипса . Том 417: Серия конференций ASP. С. 131–135. ISBN 978-1-58381-714-8. Проверено 30 октября 2020 года .CS1 maint: location ( ссылка )
  8. ^ Патель, Нимеш А .; Иосиф, Антоний; Ганесан, Р. (сентябрь 1992 г.). «Мазерное излучение SiO и внутренние свойства переменных Мира» . Журнал астрофизики и астрономии . 13 : 241–265. DOI : 10.1007 / BF02702293 . Проверено 10 ноября 2020 .
  9. Перейти ↑ Sridharan, TK (1993). «Телескоп миллиметрового диапазона РРИ 10,4 м» . Бык. Ast. Soc. Индия . 21 : 339–345 . Дата обращения 1 ноября 2020 .
  10. ^ Баласубраманьям, Рамеш; Венкатес, Суреш; Раджу, Шарат Б. (2009). "Радиоголографические измерения поверхности 12 ГГц телескопом RRI 10,4 м" (PDF) . Серия конференций ASP . LFRU : 434–437.

внешние ссылки

  • CO Mapping Array Pathfinder
Источник « https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Leighton_Radio_Telescopes&oldid=1003007476 »
Contribute a better translation