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Weltraumbeobachtung

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Technologien zur Weltraumbeobachtung umfassen die verschiedensten Geräte und Systeme zur Erforschung des Weltraums jenseits der Erdatmosphäre. In optischen Teleskopen fangen Linsen oder Spiegel das sichtbare Licht ein und verstärken es, um Himmelskörper wie Sterne, Galaxien und Nebel höchst detailliert darzustellen. Radioteleskope erfassen und analysieren die von Objekten im Weltraum ausgehende Radiofrequenzstrahlung und ermöglichen dadurch die Erforschung von Phänomenen, die für das menschliche Auge unsichtbar sind – wie z. B. Pulsare, Quasare oder die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung.

Optische Teleskope

Optische/bodengestützte/astronomische Teleskope können extrem große Ausmaße annehmen. Relevant ist die optische und mechanische Konstruktion bodengestützter Teleskope, die der Beobachtung künstlicher und natürlicher Himmelskörper dienen.

Spiegel für optische Teleskope

Betrifft vor allem Primär- und Sekundärspiegel für bodengestützte Teleskope mit einer oder mehreren Reflexionsschichten. Die Reflexionsschichten solcher Spiegel bestehen aus einem Dielektrikum oder aus einer oder mehreren Metallschichten.

Segmentierte Spiegel

Konstruktion von segmentierten Teleskopspiegeln. Verfahren und Systeme zur Reflexion des Lichteinfalls auf segmentierten Hauptspiegeln. Rotation, Übertragung und Ausrichtung einzelner Segmente.

Segmentierte Spiegel

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Durchgehende Fläche

Konstruktion von Teleskopspiegeln mit großer Gesamtfläche.

Durchgehende Fläche

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Spiegelherstellung – Politur

Verfahren und Systeme zur Politur optischer Flächen, z. B. von Spiegeln astronomischer Teleskope. Verfahren zum Formen, numerisch gesteuerten Schleifen und Polieren.

Spiegelherstellung – Politur

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Spiegelprüfung

Verfahren zum Testen der geometrischen Parameter von Spiegeln mit großer Gesamtfläche (z. B. Gravitationsentladung, Nullkompensation, Verfahren von Hindle, computergenerierte Hologramme und Supapertur-Stitch-Verfahren).

Spiegelprüfung

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Spiegelreinigung

Systeme zur Reinigung von Spiegeln mit großem Durchmesser, einschließlich Abtau-/Schneeschmelzfunktion auf Glasflächen, insbesondere in kalten Klimazonen.

Spiegelreinigung

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Optomechanische Halterungen für optische Teleskope

Speziell an sehr große Spiegel angepasste Halterungen, Stellantriebe oder lichtdichte Anschlüsse.

Optomechanische Halterungen für optische Teleskope

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Teleskopinstrumentierung – aktive Optik

Aktive optische Systeme zur Bewahrung der Oberflächenqualität des Hauptspiegels bei Verwendung des Teleskops und einer hohen Qualität der Back-end-Bildgebung.

Teleskopinstrumentierung – aktive Optik

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Teleskopinstrumentierung – adaptive Optik

Mit einer adaptiven Optik (AO) für astronomische Anwendungen können bodengestützte Teleskope mit großer Gesamtfläche eine praktisch nicht mehr beugungsbegrenzte Auflösung erzielen, indem Wellenfrontverzerrungen infolge von Luftunruhen erkannt und korrigiert werden.

Verformbare Spiegel

Verformbare Spiegel kompensieren in adaptiven optischen Systemen Wellenfrontverzerrungen infolge von Luftunruhen, thermische Halos usw.

Verformbare Spiegel

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Wellenfronterfassung

Wellenfrontsensoren in AO-Systemen erfassen in Echtzeit Daten zur Phasenverzerrung der Wellenfront dynamischer Ereignisse.

Wellenfronterfassung

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Laserleitsterne für AO-Systeme

Technologien zur Erzeugung von Laserleitsternen einschließlich Natrium-Rotationslaser, die Natriumatome in die Atmosphäre schießen und so einen sehr hellen Leitstern erzielen. Sie erkennen Wellenfrontverzerrungen infolge atmosphärischer Störungen, korrigieren diese mithilfe der adaptiven Optik und verbessern dadurch die Bildauflösung bodengestützter optischer Teleskope erheblich.

Laserleitsterne für AO-Systeme

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Adaptive optische Systeme für astronomische Anwendungen

Mit einer adaptiven Optik (AO) für astronomische Anwendungen können bodengebundene Großteleskope eine Auflösung nahe der Beugungsgrenze erzielen, indem Wellenfrontverzerrungen infolge von Luftunruhe erkannt und korrigiert werden.

Adaptive optische Systeme für astronomische Anwendungen

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Teleskopinstrumentierung – Spektrometrie

Alle spektroskopischen Anwendungen in der Astronomie, einschließlich Erfassung des Spektrums von Himmelskörpern. Diese Abfrage sucht nach den Begriffen Spektrometer, Spektralphotometer und Spektrograph.

Spektrometrie

Spektrometrie

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Interferometrische Spektrometrie

Geräte mit Amplitudenkorrelation, Geräte ohne bewegliche Teile, Geräte kompakter oder symmetrischer Bauweise, Geräte mit beweglichem Spiegel, Geräte mit Refraktometer-Scan, Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie.

Interferometrische Spektrometrie

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Beugungsgitter für Spektrometer

Beugungsgitter zur Aufteilung der Wellenlängen und räumlichen Trennung der Spektralkomponenten des Lichts und anschließenden spektroskopischen Messung.

Beugungsgitter für Spektrometer

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Teleskopinstrumentierung – Bildgebung

Technologien zur Erzeugung hochauflösender Bilder von Himmelskörpern mit hoher Detailgenauigkeit und Präzision.

Bildgebungssysteme für Teleskope

Aspekte von Bildgebungssystemen für Teleskope, wie z. B. optische Konstruktion, hochauflösende und hyperspektrale Bildgebung.

Bildgebungssysteme für Teleskope

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Interferometrische Bildgebung

Interferometrische Bildgebungsverfahren wie optische Bildgebung mit synthetischer Apertur.

Interferometrische Bildgebung

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Gekrümmte Sensoren

Technologien in Bezug auf gekrümmte Sensoren zur Reduktion von Abbildungsfehlern durch Bildgebungssysteme.

Gekrümmte Sensoren

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Freiformoptik

Konstruktion von Freiformoptik-Systemen und Anwendung auf Bildgebungssysteme (nicht auf astronomische Anwendungen begrenzt).

Freiformoptik

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Radioteleskope

Bei Radioteleskopen handelt es sich um Antennen, die zur Weltraumbeobachtung die von astronomischen Objekten ausgehende Radiofrequenzstrahlung erfassen. Am häufigsten werden solche Systeme als Großanlagen mit enormen Reflektorflächen am Boden oder an Bord von Raumfahrzeugen realisiert. Die Trägerstrukturen und Antenneneigenschaften sind wesentliche Faktoren für die Qualität der Signale, die den Empfänger erreichen.

Reflektor

Bei Radioteleskopen mit Einzelreflektor wird ein Reflektor über einen mit einem Empfänger verbundenen Feeder beleuchtet. Es muss nur eine Oberfläche hergestellt werden, an der aber häufig Übertragungsprobleme auftreten. Bei Radioteleskopen mit Doppelreflektor werden zwei Reflektoren über einen mit einem Empfänger verbundenen Feeder beleuchtet; typische Bauformen sind das Cassegrain- oder das Gregory-Teleskop. Es werden mehrere Oberflächen hergestellt, aber die Kreuzpolarisierung ist der von Einzelreflektoren überlegen, und der Feeder ist besser zugänglich.

Einzelreflektor

Einzelreflektor

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Doppelreflektor

Doppelreflektor

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Reflektor – flexible Form

Reflektoren für Radioteleskope mit flexibler Form lassen sich vor Ort an spezifische konstruktive oder leistungsbezogene Bedingungen anpassen. Eine Reflektoranpassung kann in Echtzeit oder in der Konstruktionsphase erfolgen.

Reflektor – flexible Form

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Reflektor – segmentierte Bauweise

Segmentierte Reflektoren für Radioteleskope bestehen aus vielen einzelnen Segmenten, was die Herstellung und Montage großer Anlagen vereinfacht.

Reflektor – segmentierte Bauweise

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Trägerstrukturen

Trägerstrukturen für die Reflektoren von Radioteleskopen liegen in der Regel außerhalb des Sichtfelds des Teleskops, wobei sich Trägerstrukturen für Subreflektoren häufig in diesem befinden.

Trägerstrukturen für die Reflektor-Feeder von Radioteleskopen liegen in der Regel innerhalb des Sichtfelds des Teleskops; Beispiele hierfür sind Streben, Ketten oder andere Halterungen.

Trägerstrukturen für Reflektoren

Trägerstrukturen für Reflektoren

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Trägerstrukturen für Feeder

Trägerstrukturen für Feeder

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Bewegung

Radioteleskope sind so konstruiert, dass sie sich vollständig oder in Teilen bewegen und dadurch unterschiedlich ausrichten lassen. Hierbei sind verschiedene Konfigurationen möglich: So kann z. B. der Reflektor fest montiert sein, der Feeder aber seine Richtung ändern, oder umgekehrt ist der Feeder fest montiert, der Reflektor kann aber seine Ausrichtung ändern.

Mechanische Zwei-Achsen-Bewegung des gesamten Systems

Mechanische Zwei-Achsen-Bewegung des gesamten Systems

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Beweglicher Feeder, fest montierter Reflektor

Beweglicher Feeder, fest montierter Reflektor

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Beweglicher Reflektor, fest montierter Feeder

Beweglicher Reflektor, fest montierter Feeder

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Feeder

Als Feeder für Radioteleskope kommen z. B. verjüngte Lichtwellenleiter oder Phased-Arrays zum Einsatz, also eine Anordnung mehrerer Antennenelemente, deren Ein- und Ausgabe über ein Phasennetzwerk kombiniert wird.

Verjüngte Lichtwellenleiter

Verjüngte Lichtwellenleiter

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Phased-Arrays

Phased-Arrays

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Reduktion unerwünschter Effekte

Lösungen zur Reduktion von Randstreuung, Aperturverlust, Übertragungseffekten und Polarisationsfehlern in Reflektorkonstruktionen für Radioteleskope.

Reduktion unerwünschter Effekte

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Antennenelemente mit Direktstrahlung

Antennenelemente für Radioteleskope, die ohne Reflektor auskommen, zu denen auch Phased-Arrays mit Direktstrahlung gehören.

Antennenelemente mit Direktstrahlung

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