Verbesserung der Richtungsstabilisierung von inertial gesteuerten astronomischen Flugzeugteleskopen am Beispiel von SOFIA

Abstract

Diese Arbeit beschreibt die Verbesserung der Richtungsstabilisierung des Flugzeugteleskops SOFIA. Das Ziel des Flugzeugteleskops SOFIA sind astronomische Beobachtungen im Infrarotbereich. Da der Wasserdampf der Erdatmosphäre den Großteil der Infrarotstrahlung absorbiert, sind solche Beobachtungen mit herkömmlichen Teleskopen von der Erdoberfläche aus kaum möglich. Um unerwünschte Drehbewegungen des Flugzeugteleskops, z.B. hervorgerufen durch Luftturbulenzen, auszugleichen, ist zuerst eine genaue Messung bzw. Schätzung derselben notwendig. Diese Informationen werden dann mittels Computer in Echtzeit weiterverarbeitet. Anschließend sorgen dann Motoren dafür, das Teleskop wieder in die gewünschte Lage zu drehen. Die Motoren können das Teleskop nur so genau ausrichten, wie es die Genauigkeit des Meßsystems zuläßt. Die Messung der Drehbewegungen geschieht mit drei zueinander senkrecht angeordneten Gyroskopen. Diese weisen jedoch Fehler auf, so daß sich die Ausrichtgenauigkeit verschlechtert. Deshalb werden mit Hilfe einer auf das Teleskop montierten Kamera in regelmäßigen Zeitabständen Bilder des Sternhimmels aufgenommen. Aus diesen Bildern wird dann mit Hilfe der dort sichtbaren Sterne die aktuelle Orientierung des Teleskops bestimmt. Mittels dieser Orientierung werden dann die Fehler der Gyroskope korrigiert und der lineare Fehleranteil für die Zukunft extrapoliert. Dieser Fehler wird dann schon im Voraus vom Teleskoplageregler berücksichtigt. Dadurch wird der quasikonstante Fehleranteil minimiert. Je besser dieser Fehler geschätzt wird, desto geringer ist die Drift des Teleskops um seine Achsen. Dadurch erhöht sich die Richtungsstabilisierung ...