L'énergie noire de l'univers.

HETDEX est le premier projet de grande envergure cherchant à détecter «l'énergie noire» de l'univers. Des spectrographes spéciaux doivent enregistrer la position d'un million de galaxies en trois dimensions. Le télescope Hobby Eberly commencera à scanner l'espace en été 2012 – assisté en permanence par des moteurs maxon.

Le télescope Hobby-Eberly Telescope (HET) se trouve à l'observatoire McDonald, à l'ouest du Texas. Son miroir principal, sphérique, est composé de 91 miroirs hexagonaux identiques d'un mètre. Combinés, ils représentent un miroir d'un diamètre total approchant 11 mètres, ce qui en fait le plus grand miroir du monde. L'ouverture réelle du miroir primaire atteint actuellement 9,2 mètres, avec un angle d'ouverture de quatre minutes d'arc*. Avec ses 11,1 x 9,8 mètres, HET est le quatrième télescope optique du monde par la taille. D'autre part, sa conception innovante a permis de le construire de manière très économique: Il n'a coûté que 13,5 millions de dollars – environ un quart seulement du coût d'un télescope classique de taille équivalente. Ces économies ont été rendues possibles par des simplifications effectives et grâce à l'utilisation de composants disponibles dans le commerce.

Le télescope spectroscopique d'observation céleste est installé sur ce que l'on appelle un Prime Focus Instrument Package (PFIP). Il est équipé de deux spectrographes de moyenne et haute résolution. D'autres économies ont été réalisées car les concepteurs ont renoncé au déplacement du télescope (et de ses 85 tonnes) selon le deuxième axe. Cela signifie que le miroir est toujours dirigé sur une hauteur de 55 degrés au-dessus de l'horizon tout en demeurant entièrement pivotable à l'horizontale. 70 pour cent de la voûte céleste peuvent ainsi être observés. Les rayons lumineux regroupés par le miroir principal sont réunis en faisceau au-dessus du miroir principal, où ils sont alors capturés à l'aide d'une lentille auxiliaire spécifique pour être ensuite transmis aux spectrographes par fibre optique. Le dispositif optique auxiliaire est installé dans la partie appelée «Tracker» (voir figure 3), mobile selon six axes. Par conséquent, le miroir ne suit pas l'objet, au contraire l'objet se déplace selon le cercle.

Actuellement, un équipement grand angle est ajouté sur le HET afin d'augmenter le champ d'image jusqu'à 22 minutes d'arc et l'ouverture de diaphragme jusqu'à 10 mètres. Dans les projets de recherche futurs, la quantité de lumière maximum sera regroupée en couplant des fibres optiques, révolutionnant ainsi l'observation spectroscopique. Les scientifiques espèrent que le nouvel équipement du HET leur permettra de mieux comprendre ce que l'on appelle l'énergie noire. Selon les hypothèses actuelles, l'énergie noire représente environ trois quarts de la matière et de l'énergie de l'univers, elle est donc considérée comme cette force mystérieuse responsable de l'expansion de l'univers, qui accélère avec le temps.

HETDEX observe l'univers

Le projet HETDEX (Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment) a été conçu pour percer ce mystère. De 2012 à 2015, le télescope HET va scanner de manière intensive la région céleste proche de la constellation de la Grande Ourse. Ce projet de recherche a pour objectif de cartographier dans le moindre détail 1 million de galaxies éloignées de la terre d'environ 10 à 11 milliards d'années lumière. Ce projet est le résultat d'une collaboration entre l'University of Texas (Austin), la Pennsylvania State University, la Texas A&M University, l'Universitäts-Sternwarte (Observatoire universitaire) de Munich, l'Astrophysikalischen Institut (Institut d'astrophysique) de Potsdam et le Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik de Garching.

Les scientifiques internationaux souhaitent approfondir les connaissances que nous avons des phénomènes se déroulant dans l'univers. Cet énorme projet a pour but de démontrer la validité ou non des lois de la gravité reconnues aujourd'hui. On s'attend également à découvrir des détails d'ordre astronomiques concernant le Big Bang. Pour ce faire, la lumière qui atteint la caméra HETDEX située dans l'observatoire du Mount Fowlkes, au Texas, n'est pas dirigée sur un capteur photo mais sur 33 400 fibres optiques. Les spécialistes espèrent que l'expansion de notre cosmos n'est pas due à la matière noire mais au contraire à certains effets de la gravité inconnus jusqu'ici. Les premiers indices en faveur de l'une ou l'autre hypothèse concernant la matière noire devraient être disponibles au plus tôt en 2016 – à moins que la réponse ne démontre clairement que ce phénomène n'existe pas.

Structure du PFIP

Le module Prime Focus Instrument Package est installé sur un dispositif de suivi situé sur l'extrémité supérieure du télescope; il contient un système de rectification de grand angle, une caméra de saisie, des appareils de mesure et un système de plan focal. Le PFIP est une unité d'automatisation autonome qui compte 12 sous-systèmes et 24 axes de déplacement. Les régulateurs de déplacement et les systèmes E/S modulaires sont interconnectés via le protocole de signalisation CANopen. L'ensemble de la communication entre les systèmes au sol et les sous-systèmes PFIP est réalisée soit point par point via Ethernet, soit par le biais de passerelles Ethernet/CAN qui transmettent les messages CANopen en toute transparence.

Quinze des 24 axes du PFIP sont motorisés. Les mouvements doivent être précis et absolument réguliers à différentes vitesses, en particulier à vitesse extrêmement réduite.
La commande de déplacement doit être en mesure d'effectuer diverses opérations simultanément, dans différentes situations, comme par exemple le suivi exact d'une courbe de vitesse (commande de diaphragme), l'approche précise d'une position absolue puis son maintien, ou alors le suivi d'une courbe multiaxiale de position et de vitesse.

Les entraînements utilisés dans les sous-systèmes PFIP sont des moteurs maxon de la gamme EC sans balais, qui peuvent être équipés, selon les besoins, de réducteurs, de codeurs incrémentaux et de freins à commande électrique. La fonction de commutation sinusoïdale permet de réaliser des mouvements réguliers à vitesse réduite. C'est la raison pour laquelle un codeur incrémental disponible en option est utilisé parallèlement au capteur à effet Hall installé par défaut dans  les moteurs maxon sans balais. Les codeurs incrémentaux transmettent des paramètres de position supplémentaires à la commande de déplacement.

Commandes exactes de positionnement maxon

Tous les régulateurs sont des commandes de positionnement maxon EPOS2 50/5. Ces commandes disposent, en plus des circuits de régulation fermés de courant, de vitesse et de position, d'un mode d'interpolation du mouvement grâce auquel vous pouvez suivre une courbe de mouvement programmée et multiaxiale. La commande EPOS2 est également équipée de dispositifs analogiques et numériques d'entrée et de sortie accessibles par le biais de l'interface CANopen. Il est également possible de programmer les réactions aux signaux d'entrée numériques et aux valeurs limites positives/négatives, à la position initiale, l'arrêt rapide et l'activation/la désactivation des entraînements. Les stations E/S modulaires de l'application PFIP comprennent des coupleurs de bus CANopen, qui permettent de communiquer directement avec tous les appareils E/S supplémentaires via le bus CAN ou une passerelle CAN basée sur Ethernet. La passerelle fait appel à un protocole ASCII simple pour configurer et pour envoyer des messages dans les deux directions.

Cette application contient des appareils raccordés au bus CAN qui sont contrôlés par l'ordinateur de commande PFIP (PCC) dans le cadre d'une configuration maître-esclave. En cas d'un mouvement multiaxial, le PCC configure par exemple plusieurs commandes de déplacement pour le mouvement souhaité et les déclenche ensuite simultanément à l'aide d'une seule instruction CANopen. En mode de fonctionnement normal, la commande de déplacement PFIP travaille avec une alimentation électrique à courant continu de 24 V. En présence de charges d'inertie importantes, comme celle représentée par le diaphragme, une alimentation 48 V est possible et compatible avec les commandes EPOS2 50/5. Pour répondre aux exigences spécifiques au PFIP et au HET, tous les composants matériels doivent être opérationnels même à des températures de -10°C, voire inférieures. maxon motor offre une gamme étendue de produits résistant à de telles températures et dont la qualité, la robustesse et la sécurité du fonctionnement remplissent les conditions requises pour les installations d'automatisation industrielles.

Dans l'ensemble, l'architecture du HET est extrêmement flexible. Il est très facile de procéder à des modifications profondes en ajoutant ou en supprimant des commandes de déplacement, des modules d'E/S ou des alimentations en tension. Le poids et les dimensions de ces composants sont suffisamment limités pour qu'il soit possible d'ajouter ultérieurement des pièces supplémentaires requises pour l'extension éventuelle de l'installation.

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