A energia negra do universo.

O projeto HETDEX é a primeira tentativa séria de procurar a “energia negra” do universo. Usando espetrógrafos especiais as posições de milhões de galáxias são traçadas tridimensionalmente.
O telescópio Hobby-Eberly começou a varrer os céus no verão de 2012 – os motores maxon estiveram sempre presentes.

Nesta estação multieixo são testados a eletrónica e o software do sistema de comando PFIP. A arquitetura mecânica à direita contém os motores maxon, o transdutor de desloca-mento, o interruptor final e a carga de inércia com que os vários mecanismos do PFIP são simulados. © 2012 HET

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O telescópio Hobby-Eberly (HET) está instalado no observatório McDonald, no Texas ocidental. O seu espelho principal, esférico, é composto de 91 hexágonos idênticos medindo um metro cada um. Operados em conjunto estes espelhos individuais correspondem a um espelho de quase 11 metros de diâmetro, o maior do mundo. A abertura efetiva do espelho primário é de 9,2 metros para um campo de visão de quatro minutos de arco*. O HET é com os seus 11,1 m por 9,8 m o quarto maior telescópio ótico do mundo. Além disso, graças ao seu design moderno, foi realizado de modo extraordinariamente económico: Custou 13,5 milhões de dólares – o quarto do custo de um telescópio de tamanho equivalente. Esta poupança deve-se em parte a simplificações assim como à utilização de componentes disponíveis no mercado. 

O telescópio espetroscópico para observação do céu está montado num chamado Prime Focus Instrument Package (PFIP). Tem dois espetrógrafos com resolução respetivamente média e alta. Evitou-se outra despesa ao renunciar ao movimento do telescópio de 85 toneladas num segundo eixo. Isto significa que o espelho aponta ao céu a uma altura constante de 55º acima do horizonte, mas ao mesmo tempo podendo girar completamente na horizontal. Assim, pode-se observar 70 por cento do céu. A luz recebida pelo espelho principal é reunida acima deste, recolhida por uma ótica auxiliar especial e conduzida por fibras óticas aos espetrógrafos. Esta ótica auxiliar está montada num chamado “tracker” (vide figura 3), que se move sobre seis eixos. O espelho não segue o objeto, antes este se move ao longo do círculo. 

Recentemente o HET foi reequipado para grande angular, o que lhe aumentou o ângulo de visão para 22 minutos de arco e a abertura útil para 10 metros. Em futuros projetos será coletada a maior quantidade de luz por junção de fibra ótica, o que revolucionará as observações espetroscópicas. Os cientistas pensam poder vir a compreender melhor a chamada "energia negra" com o auxílio do recentemente reequipado HET. De acordo com as hipóteses atuais a "energia negra" compõe quase três quartos da matéria e energia do universo, e seria a força enigmática que faz com que o universo se expanda com velocidade cada vez maior à medida que envelhece.

O HETDEX contempla o universo

Para resolver este mistério foi criado o projeto HETDEX (Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment). Uma zona do universo na Ursa Maior será varrida pelo HET de 2012 a 2015. O objetivo do projeto de investigação é cartografar ao mais pequeno detalhe 1 milhão de galáxias distantes da Terra de 10 a 11 mil milhões de anos-luz. O projeto é uma colaboração da Universidade do Texas (Austin), da Universidade da Pennsylvania, Universidade A&M do Texas, do Observatório da Universidade de Munique, do Instituto Astrofísico de Potsdam e do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre.

Os cientistas internacionais querem saber mais sobre o funcionamento do Universo. Este projeto em larga escala deve esclarecer se a lei da gravidade como a assumimos atualmente está correta. Além disso vai poder revelar mais detalhes sobre o Big Bang. No observatório sobre o texano Mount Fowlkes a luz recebida na câmera do HETDEX em vez de ser recolhida por um fotochip, é conduzida por 33 400 fibras óticas. A esperança dos especialistas é que a expansão do universo não se deva à matéria negra mas sim a efeitos gravitacionais até agora desconhecidos. Não antes de 2016 poderão haver os primeiros indícios para esta ou aquela tese acerca da matéria negra – ou a resposta que declare tal fenómeno como conclusivamente não existente.

Arquitetura do PFIP

O Prime Focus Instrument Package encontra-se num dispositivo de rastreio na extremidade superior do telescópio e contém uma correção de grande angular, uma câmera de captação, instrumentos de medição e um sistema de plano focal. O PFIP é uma unidade de automação independente com 12 subsistemas e 24 eixos de movimento. Controladores de movimento e sistemas I/O modulares estão ligados pelo protocolo CANopen. Toda a comunicação entre o sistema em terra e o subsistema PFIP ocorre ou através de Point-to-point por Ethernet ou através de gateways Ethernet/CAN transparentes para comunicações CAN open.

Dos 24 eixos de movimentação do PFIP 15 são motorizados. Os movimentos têm de ser simultaneamente precisos e uniformes, para diferentes velocidades, especialmente para velocidades extremamente lentas. O comando de avanço tem de poder executar várias operações em diversas situações, por exemplo, seguir com exatidão uma curva de velocidade (controlo de fluxo), chegar com precisão a uma posição absoluta e aí permanecer, ou seguir uma curva multiaxial de posições
e velocidades. 

Os acionamentos usados no subsistema PFIP são motores maxon da série sem escovas EC, que conforme necessário podem ser produzidos com redutor, encoder incremental magnético e freios acionados eletricamente. Movimentos simultâneos a baixas velocidades são conseguidos com comutação sinusoidal. Para isso, nos motores maxon sem escovas conjuntamente com o sensor de efeito Hall embutido de série, é utilizado um encoder incremental. Encoders incrementais passam ao controlo de avanço dados de posição adicionais. 

Unidades de controlo preciso de posição da maxon

Todos os reguladores são unidades de controlo de posição do tipo maxon EPOS2 50/5. Além do circuito de controlo para corrente, velocidade e posição, estes comandos têm um regime de avanço por interpolação com que se pode seguir uma curva de movimento multiaxial pré-programada. O EPOS2 tem ainda entradas e saídas analógicas e digitais, acessíveis pela interface CANopen. São também possíveis reações programadas a sinais digitais de entrada tais como valores de limite positivos ou negativos, posição inicial, paragem rápida e ativação/desativação dos acionamentos. Nas aplicações PFIP contam-se entre as estações modulares de I/O acopladores de barramento com os quais todos os dispositivos I/O restantes podem ser acedidos, quer diretamente pelo CAN-Bus quer por um gateway CAN baseado em ethernet. O gateway usa um simples protocolo ASCII para a configuração e transferência de sinais em ambas as direções.

Nesta aplicação os dispositivos de hardware estão ligados ao CAN-Bus e são controlados pelo computador de controlo PFIP (PCC) numa configuração master/slave. Por exemplo no caso de um movimento multiaxial, o PCC configura vários comandos de avanço para o movimento desejado e desencadeia-os simultaneamente com um único comando CANopen. Em geral o controlo de movimento do PFIP opera com corrente contínua a 24 Volt. Para cargas de inércia mais elevadas como a abertura, é compatível com uma fonte de corrente de 48 V e com controlador EPOS2 50/5. Para cumprir as especificações para o PFIP e para o HET, todos os componentes de hardware teriam de funcionar a temperaturas de -10ºC ou inferiores. A maxon motor têm uma oferta extensa de produtos que preenchem essas exigências de temperatura e que satisfazem as exigências de sistemas de automação industriais em qualidade, segurança e robustez. 

A arquitetura do HET é em geral muito flexível. Alterações significativas são não só possíveis mas fáceis, pela introdução ou remoção de controlos de avanço, módulos I/O ou fontes de tensão. Os componentes são pequenos e leves o suficiente para que na arquitetura final haja espaço para posteriormente fazer ampliações com peças adicionais.