Robotische telescopen

Een robotische telescoop is een astronomisch telescoop- en detectorsysteem dat waarnemingen verricht zonder menselijke tussenkomst. In de astronomie wordt een telescoop als robotisch beschouwd als deze waarnemingen uitvoert zonder menselijke bediening, zelfs als een mens de waarnemingen aan het begin van de nacht moet starten of 's ochtends moet beëindigen. Het systeem kan softwareagenten bevatten die gebruikmaken van kunstmatige intelligentie en op verschillende manieren ondersteuning bieden, zoals automatische planning. Een robotische telescoop is iets anders dan een telescoop die op afstand wordt bediend, hoewel een instrument zowel robotisch als op afstand bediend kan zijn.

In 2004 waren robotische waarnemingen verantwoordelijk voor een overweldigend percentage van de gepubliceerde weten-schappelijke informatie over asteroïdebanen en -ontdekkingen, onderzoek naar variabele sterren, lichtkrommen van supernova's en -ontdekkingen, kometenbanen en waarnemingen van gravitationele microlensing.

TERUG

Robotische telescopen zijn complexe systemen die doorgaans uit een aantal subsystemen bestaan. Deze subsystemen omvatten apparaten voor het richten van de telescoop, de bediening van de detector (meestal een CCD-camera), de besturing van de koepel of telescoopbehuizing, de aansturing van de focusseerder, de detectie van weersomstandigheden en andere functies. Vaak worden deze verschillende subsystemen aangestuurd door een centraal besturingssysteem, dat vrijwel altijd een softwarecomponent is ...

Robotische telescopen

Robotische telescopen werken volgens het principe van een gesloten of open lus. In een openlussysteem richt een robotische telescoop zichzelf en verzamelt gegevens zonder de resultaten van zijn werking te controleren om er zeker van te zijn dat hij correct functioneert. Een telescoop met een open lus werkt soms op vertrouwen, omdat het besturingssysteem een fout niet kan detecteren en corrigeren.

Een geslotenlussysteem kan zijn werking evalueren door middel van redundante inputs om fouten te detecteren. Een veelvoorkomende input hiervoor zijn positie-encoders op de bewegingsassen van de telescoop, of de mogelijkheid om de beelden van het systeem te evalueren om te controleren of het op het juiste gezichtsveld was gericht toen de beelden werden gemaakt.

De meeste robotische telescopen zijn kleine telescopen. Hoewel grote observatoriuminstrumenten sterk geautomatiseerd kunnen zijn, worden er maar weinig zonder toezicht bediend.

Geschiedenis

Robotische telescopen werden voor het eerst ontwikkeld door astronomen nadat elektromechanische interfaces met computers gangbaar werden in observatoria. Vroege exemplaren waren duur, hadden beperkte mogelijkheden en omvatten een groot aantal unieke subsystemen, zowel in hardware als software. Dit droeg bij aan een gebrek aan vooruitgang in de ontwikkeling van robotische telescopen in de beginperiode.

Begin jaren tachtig, met de beschikbaarheid van goedkope computers, werden verschillende haalbare robotische telescoopprojecten bedacht en een paar ervan ontwikkeld. Het boek "Microcomputer Control of Telescopes" uit 1985 van Mark Trueblood en Russell M. Genet (foto) was een baanbrekende technische studie op dit gebied. Een van de verdiensten van dit boek was het aantonen van vele redenen, sommige vrij subtiel, waarom telescopen niet betrouwbaar gericht konden worden met alleen basisastronomische berekeningen. De concepten die in dit boek worden onderzocht, hebben een gemeenschappelijke oorsprong met de software voor het modelleren van fouten in telescoopmontages, genaamd Tpoint, die voortkwam uit de eerste generatie grote geautomatiseerde telescopen in de jaren zeventig, met name de 3,9 meter Anglo-Australian Telescope.

Geschiedenis

In 2004 kenmerkten sommige professionele robotische telescopen zich door een gebrek aan creativiteit in het ontwerp en een afhankelijkheid van gesloten broncode en propriëtaire software. De software is meestal uniek voor de telescoop waarvoor deze is ontworpen en kan niet op een ander systeem worden gebruikt. Vaak wordt software voor robotische telescopen die aan universiteiten is ontwikkeld, ononderhoudbaar en uiteindelijk verouderd, omdat de promovendi die de software hebben geschreven, naar andere functies vertrekken en hun instellingen hun kennis verliezen. Grote telescoopconsortia of door de overheid gefinancierde laboratoria hebben doorgaans niet te maken met dit verlies aan ontwikkelaars als universiteiten. Professionele systemen kenmerken zich over het algemeen door een zeer hoge observatie-efficiëntie en betrouwbaarheid. Er is ook een toenemende trend om ASCOM-technologie te gebruiken bij een aantal professionele instellingen (zie volgende paragraaf). De behoefte aan propriëtaire software wordt meestal gedreven door de concurrentie om onderzoeksgelden tussen instellingen.

Geschiedenis

Sinds eind jaren tachtig loopt de Universiteit van Iowa voorop in de ontwikkeling van robotische telescopen op professioneel niveau. De Automated Telescope Facility (ATF), ontwikkeld begin jaren negentig, bevond zich op het dak van het natuurkundegebouw van de Universiteit van Iowa in Iowa City. In 1997 voltooiden ze het Iowa Robotic Observatory, een robotische en op afstand bestuurbare telescoop bij het particuliere Winer Observatory. Dit systeem observeerde met succes variabele sterren en leverde observaties voor tientallen wetenschappelijke publicaties. In mei 2002 voltooiden ze de Rigel-telescoop. De Rigel was een 0,37 meter (14,5 inch) F/14-telescoop, gebouwd door Optical Mechanics, Inc. en bestuurd door het Talon-programma. Elk van deze projecten was een stap voorwaarts in de richting van een meer geautomatiseerd en functioneel observatorium.

Een van de grootste huidige netwerken van robotische telescopen is RoboNet, beheerd door een consortium van Britse universiteiten. Het Lincoln Near-Earth Asteroid Research (LINEAR) Project (foto) is een ander voorbeeld van een professionele robotische telescoop. Concurrenten van LINEAR, zoals het Lowell Observatory Near-Earth-Object Search, de Catalina Sky Survey, Spacewatch en anderen, hebben ook verschillende niveaus van automatisering ontwikkeld.

Geschiedenis

In 1997 begon de Robotic Optical Transient Search Experiment (ROTSE) widefield telescooparray, genaamd ROTSE-I, in handmatige modus te werken. Softwaresystemen maakten eind maart 1998 volledig geautomatiseerde robotwerking mogelijk, met de eerste geautomatiseerde reacties op GRB 980326 op triggers die via het GRB Coordinates Network werden ontvangen. ROTSE-I was vanaf dat moment in bedrijf en was de eerste volledig autonome robotische telescoop met gesloten regelkring. De telescoop werd gebruikt voor GRB-detectie, onderzoek naar röntgentransiënten en Soft Gamma-ray Repeaters, en voor onderzoek naar variabele sterren en meteoren. De eerste directe optische uitbarsting van een GRB werd door ROTSE-I ontdekt voor GRB 990123. Het ROTSE-III-project (foto) omvatte vier halfmeter-telescopen gebaseerd op de werkwijze van ROTSE-I, die in 2003 in gebruik werden genomen. Deze werden voornamelijk gebruikt voor vervolgonderzoek naar GRB's, en ook voor het zoeken naar en bestuderen van supernova's. Met behulp van ROTSE-III-waarnemingen werden de eerste superlichtsterke supernova's ontdekt.

Geschiedenis

In 2002 begon het RAPid Telescopes for Optical Response (RAPTOR)-project (foto), dat in 2000 was ontworpen, met de volledige uitrol. Het project stond onder leiding van Tom Vestrand en zijn team: James Wren, Robert White, P. Wozniak en Heath Davis. De eerste waarnemingen met een van de groothoekinstrumenten vonden eind 2001 plaats. Het tweede groothoeksysteem werd eind 2002 in gebruik genomen. De gesloten-luswerking begon in 2003. Oorspronkelijk was het doel van RAPTOR om een systeem van grondtelescopen te ontwikkelen dat betrouwbaar zou reageren op signalen van satellieten en, belangrijker nog, transiënten in realtime zou identificeren en waarschuwingen zou genereren met bronlocaties om vervolgwaarnemingen met andere, grotere telescopen mogelijk te maken. Het heeft beide doelen bereikt. Nu is RAPTOR opnieuw afgestemd om het belangrijkste hardware-element te zijn van het Thinking Telescopes Technologies Project. De nieuwe opdracht is het monitoren van de nachtelijke hemel op zoek naar interessant en afwijkend gedrag in persistente bronnen, met behulp van de meest geavanceerde robotsoftware die ooit is ingezet. De twee groothoeksystemen vormen een mozaïek van CCD-camera's. Dit mozaïek bestrijkt een gebied van ongeveer 1500 vierkante graden met een scherptediepte van 12 magnitude. In het midden van elke groothoekopstelling bevindt zich een enkel fovea-systeem met een gezichtsveld van 4 graden en een scherptediepte van 16 magnitude.

Amateurs

In 2004 waren de meeste robottelescopen in handen van amateurastronomen. Een voorwaarde voor de explosieve groei van robottelescopen door amateurs was de beschikbaarheid van relatief goedkope CCD-camera's, die begin jaren negentig op de commerciële markt verschenen. Deze camera's stelden amateurastronomen niet alleen in staat om mooie foto's van de nachtelijke hemel te maken, maar moedigden ook meer ervaren amateurs aan om onderzoeksprojecten in samenwerking met professionele astronomen uit te voeren. De belangrijkste drijfveer achter de ontwikkeling van robottelescopen door amateurs was de eentonigheid van onderzoeksgerichte astronomische waarnemingen, zoals het eindeloos herhalen van foto's van een variabele ster.

In 1998 bedacht Bob Denny een software-interface-standaard voor astronomische apparatuur, gebaseerd op Microsofts Component Object Model, die hij het Astronomy Common Object Model (ASCOM) noemde. Hij schreef en publiceerde ook de eerste voorbeelden van deze standaard, in de vorm van commerciële programma's voor telescoopbesturing en beeldanalyse, en verschillende freeware-componenten. Hij overtuigde Doug George er ook van om ASCOM-functionaliteit te integreren in een commercieel softwareprogramma voor camerabesturing. Met behulp van deze technologie kon een centraal besturingssysteem dat deze applicaties integreerde, eenvoudig worden geschreven in Perl, VBScript of JavaScript. Een voorbeeldscript van die aard werd door Denny aangeleverd.

Amateurs

Na de berichtgeving over ASCOM in het tijdschrift Sky & Telescope (foto) enkele maanden later, beïnvloedden ASCOM-architecten zoals Bob Denny, Doug George, Tim Long en anderen ASCOM om een set gecodificeerde interface-standaarden te worden voor gratis apparaatstuurprogramma's voor telescopen, CCD-camera's, telescoopfocusseerders en koepels van astronomische observatoria. Als gevolg hiervan zijn robotische telescopen voor amateurgebruik steeds geavanceerder en betrouwbaarder geworden, terwijl de softwarekosten sterk zijn gedaald. ASCOM is ook overgenomen door sommige professionele robotische telescopen.

Ook in 1998 werd de Tenagra Observatories-locatie nabij Cottage Grove, Oregon, gebouwd door Michael Schwartz met een robotische 14-inch (360 mm) Celestron Schmidt-Cassegrain-telescoop rond 1998. Ondertussen ontwierpen ASCOM-gebruikers steeds geavanceerdere master-besturingssystemen. Presentaties op de Minor Planet Amateur-Professional Workshops (MPAPW) in 1999, 2000 en 2001 en de International Amateur-Professional Photoelectric Photometry Conferences van 1998, 1999, 2000, 2001, 2002 en 2003 documenteerden steeds geavanceerdere master control-systemen. Enkele mogelijkheden van deze systemen waren onder andere de automatische selectie van observatiedoelen, de mogelijkheid om observaties te onderbreken of het observatieschema aan te passen voor objecten die zich voordoen, de automatische selectie van gidssterren en geavanceerde algoritmen voor foutdetectie en -correctie.

Amateurs

De ontwikkeling van het Remote Telescope System (RTS2) begon in 1999, met de eerste testruns op echte telescoophardware begin 2000. RTS2 was primair bedoeld voor vervolgwaarnemingen van gammastralingsflitsen, dus de mogelijkheid om waarnemingen te onderbreken was een essentieel onderdeel van het ontwerp. Tijdens de ontwikkeling werd het een geïntegreerde beheersuite voor observatoria. Andere toevoegingen waren onder meer het gebruik van de PostgreSQL-database voor het opslaan van doelen en waarnemingslogboeken, de mogelijkheid om beeldverwerking uit te voeren, inclusief astrometrie en het uitvoeren van realtime telescoopcorrecties, en een webgebaseerde gebruikersinterface. RTS2 was vanaf het begin ontworpen als een volledig open source-systeem, zonder propriëtaire componenten. Om een groeiend aantal montagesystemen, sensoren, CCD's en daksystemen te ondersteunen, gebruikt het een eigen, tekstgebaseerd communicatieprotocol. Het RTS2-systeem wordt beschreven in publicaties uit 2004 en 2006.

De Instrument Neutral Distributed Interface (INDI) werd in 2003 geïntroduceerd. In tegenstelling tot de op Microsoft Windows gerichte ASCOM-standaard is INDI een platformonafhankelijk protocol, ontwikkeld door Elwood C. Downey van ClearSky Institute, ter ondersteuning van besturing, automatisering, data-acquisitie en -uitwisseling tussen hardwareapparaten en software-frontends.

Smart telescopen

Een recentere introductie op de consumentenmarkt zijn slimme telescopen. Dit zijn op zichzelf staande, robotachtige astronomische beeldvormingsapparaten die een telescoop met een opening van 24 mm tot 152 mm en een altazimutale montering combineren met voorgeprogrammeerde software die is ontworpen voor astrofotografie van deep-sky objecten. Ze gebruiken GPS-gegevens en automatische sterpatroonherkenning (plate solving) om te bepalen waar ze op gericht zijn. Ze hebben geen optisch systeem waarmee de gebruiker astronomische objecten direct kan bekijken, maar sturen in plaats daarvan een beeld dat over een bepaalde tijd is vastgelegd via beeldstapeling naar een ingebouwd digitaal scherm (meestal in de vorm van een conventioneel oculair), of naar een smartphone of tablet. Ze worden geleverd met een database van voorgeprogrammeerde objecten, vooraf bepaalde beeldvormingsroutines en mobiele app-software waarmee de eindgebruiker kan beginnen met astrofotografie zodra de telescoop is opgesteld. Ze kunnen op afstand worden bediend en kunnen onbeheerd een reeks beelden verzamelen. Ze kunnen verschillende astrofotografietechnieken automatiseren, waaronder "lucky imaging" en "speckle imaging". Het ontwerp van het beeldvormingssysteem, in combinatie met relatief korte brandpuntsafstanden en kleine optiek, is niet optimaal voor het afbeelden van planeten of de Maan. Voorbeelden hiervan zijn de modellen Seestar en Dwarf, en van de Franse bedrijven Unistellar en Vaonis.

Bronnen

- Wikipedia
- LINEAR
- ASCOM
- ZWO / Seestar
- Sky and telescope
- Raptor
- ROTSE

Astropolis respecteert logischerwijze de auteursrechten, maar het blijkt helaas niet altijd mogelijk om te achterhalen wie de rechtmatige eigenaar is van betreffende foto of video. Bent u de eigenaar en maakt u bezwaar ? Neem dan gerust contact met ons op !