Robotyczny teleskop

„El Enano”, automatyczny teleskop

Teleskop automatyczny to teleskop astronomiczny i system detektorów, który prowadzi obserwacje bez udziału człowieka . W dyscyplinach astronomicznych teleskop kwalifikuje się jako zrobotyzowany , jeśli prowadzi te obserwacje bez udziału człowieka, nawet jeśli człowiek musi rozpocząć obserwacje na początku nocy lub zakończyć je nad ranem. Może mieć agentów oprogramowania wykorzystujących sztuczną inteligencję, którzy pomagają na różne sposoby, takie jak automatyczne planowanie. Teleskop automatyczny różni się od a zdalny teleskop , chociaż instrument może być zarówno robotem, jak i zdalnym.

Do 2004 r. obserwacje robotów stanowiły przytłaczający procent opublikowanych informacji naukowych na temat orbit i odkryć asteroid, badań gwiazd zmiennych, krzywych blasku i odkryć supernowych , orbit komet i obserwacji mikrosoczewkowania grawitacyjnego .

Wszystkie obserwacje rozbłysków gamma we wczesnej fazie były prowadzone przez zautomatyzowane teleskopy. [ potrzebne źródło ]

Projekt

Teleskopy zrobotyzowane to złożone systemy, które zwykle obejmują wiele podsystemów. Podsystemy te obejmują urządzenia zapewniające możliwość celowania teleskopu, obsługę detektora (zwykle kamery CCD ), sterowanie kopułą lub obudową teleskopu, sterowanie wyciągiem teleskopu , wykrywanie warunków pogodowych i inne możliwości. Często tymi zmiennymi podsystemami zarządza nadrzędny system sterowania, który prawie zawsze jest komponentem oprogramowania.

Zrobotyzowane teleskopy działają na zasadzie pętli zamkniętej lub pętli otwartej . W systemie z otwartą pętlą zrobotyzowany system teleskopowy wskazuje sam siebie i zbiera dane bez sprawdzania wyników swoich operacji, aby upewnić się, że działa prawidłowo. Czasami mówi się, że teleskop z otwartą pętlą działa na zasadzie wiary, że jeśli coś pójdzie nie tak, system sterowania nie ma możliwości wykrycia tego i zrekompensowania.

System z zamkniętą pętlą ma możliwość oceny swoich operacji poprzez nadmiarowe wejścia w celu wykrycia błędów. Powszechnym takim wejściem byłyby enkodery położenia na osiach ruchu teleskopu lub możliwość oceny obrazów systemu, aby upewnić się, że został on skierowany we właściwe pole widzenia , gdy zostały naświetlone.

Większość teleskopów automatycznych to małe teleskopy . Podczas gdy duże instrumenty obserwacyjne mogą być wysoce zautomatyzowane, niewiele z nich działa bez obsługi.

Profesjonalne teleskopy zrobotyzowane

Zrobotyzowane teleskopy zostały po raz pierwszy opracowane przez astronomów po tym, jak elektromechaniczne interfejsy do komputerów stały się powszechne w obserwatoriach . Wczesne egzemplarze były drogie, miały ograniczone możliwości i zawierały dużą liczbę unikalnych podsystemów, zarówno sprzętowych, jak i programowych. Przyczyniło się to do braku postępu w rozwoju zautomatyzowanych teleskopów na wczesnym etapie ich historii.

Na początku lat 80., wraz z dostępnością tanich komputerów, powstało kilka realnych projektów teleskopów robotów, a kilka z nich zostało opracowanych. Książka z 1985 roku, Microcomputer Control of Telescopes , napisana przez Marka Trueblooda i Russella M. Geneta, była przełomowym studium inżynierskim w tej dziedzinie. Jednym z osiągnięć tej książki było wskazanie wielu powodów, niektóre dość subtelnych, dlaczego teleskopy nie mogą być rzetelnie wycelowane przy użyciu jedynie podstawowych obliczeń astronomicznych. Koncepcje omówione w tej książce mają wspólne dziedzictwo z oprogramowaniem do modelowania błędów mocowania teleskopu o nazwie Tpoint , który wyłonił się z pierwszej generacji dużych zautomatyzowanych teleskopów w latach 70 .

W 2004 roku niektóre profesjonalne teleskopy zrobotyzowane charakteryzowały się brakiem kreatywności projektowej i poleganiem na zamkniętym źródle i zastrzeżonym oprogramowaniu . Oprogramowanie jest zwykle unikalne dla teleskopu, dla którego zostało zaprojektowane i nie może być używane w żadnym innym systemie. Często oprogramowanie teleskopów robotycznych opracowane na uniwersytetach staje się niemożliwe do utrzymania i ostatecznie staje się przestarzałe, ponieważ doktoranci , którzy je napisali, przechodzą na nowe stanowiska, a ich instytucje tracą wiedzę. Duże konsorcja teleskopów lub laboratoria finansowane przez rząd nie mają takiej samej utraty programistów, jak doświadczają uniwersytety. Systemy profesjonalne generalnie charakteryzują się bardzo wysoką wydajnością i niezawodnością obserwacji. Istnieje również rosnąca tendencja do przyjmowania technologii ASCOM w kilku profesjonalnych obiektach (patrz następna sekcja). Zapotrzebowanie na oprogramowanie własnościowe jest zwykle napędzane przez rywalizację między instytucjami o dolary na badania.

Od późnych lat 80-tych University of Iowa przoduje w rozwoju zrobotyzowanych teleskopów od strony profesjonalnej. Automated Telescope Facility (ATF), opracowany na początku lat 90., znajdował się na dachu budynku fizyki na University of Iowa w Iowa City . W 1997 roku ukończyli Iowa Robotic Observatory, zrobotyzowany i zdalny teleskop w prywatnym Obserwatorium Winer. System ten z powodzeniem obserwował gwiazdy zmienne i wniósł obserwacje do dziesiątek artykułów naukowych . W maju 2002 roku ukończyli prace nad Teleskopem Rigel. Rigel był 0,37-metrowym (14,5-calowym) F / 14 zbudowanym przez Optical Mechanics, Inc. i kontrolowanym przez program Talon. Każdy z nich był postępem w kierunku bardziej zautomatyzowanego i utylitarnego obserwatorium.

Jedną z największych obecnie sieci robotycznych teleskopów jest RoboNet , obsługiwana przez konsorcjum brytyjskich uniwersytetów. Projekt Lincoln Near-Earth Asteroid Research (LINEAR) to kolejny przykład profesjonalnego zrobotyzowanego teleskopu. Konkurenci LINEAR, Lowell Observatory Near-Earth-Object Search , Catalina Sky Survey , Spacewatch i inni, również opracowali różne poziomy automatyzacji.

W 2002 roku projekt RAPid Telescopes for Optical Response (RAPTOR) był pierwszym w pełni autonomicznym robotycznym teleskopem z zamkniętą pętlą. RAPTOR został zaprojektowany w 2000 roku i rozpoczął pełne wdrożenie w 2002 roku. Projektem kierował Tom Vestrand i jego zespół: James Wren, Robert White, P. Woźniak i Heath Davis. Jego pierwsze światło na jednym z instrumentów szerokokątnych miało miejsce pod koniec 2001 r. Drugi system szerokokątny został uruchomiony pod koniec 2002 r. Operacje w pętli zamkniętej rozpoczęły się w 2003 r. Pierwotnym celem RAPTOR było opracowanie systemu naziemnych teleskopów, które niezawodnie reagować na wyzwalacze satelitarne i, co ważniejsze, identyfikować transjenty w czasie rzeczywistym i generować alerty z lokalizacją źródła, aby umożliwić dalsze obserwacje za pomocą innych, większych teleskopów. Udało się osiągnąć oba te cele. Teraz [ kiedy? ] RAPTOR został ponownie dostrojony, aby stał się kluczowym elementem sprzętowym projektu Thinking Telescopes Technologies Project. Jego nowym zadaniem będzie monitorowanie nocnego nieba w poszukiwaniu interesujących i anomalnych zachowań w trwałych źródłach przy użyciu najbardziej zaawansowanego oprogramowania robotów, jakie kiedykolwiek wdrożono. Dwa systemy szerokokątne to mozaika kamer CCD. Mozaika obejmuje powierzchnię około 1500 stopni kwadratowych do głębokości 12 magnitudo. W środku każdej matrycy szerokiego pola znajduje się pojedynczy układ dołków z polem widzenia 4 stopni i głębokością 16 magnitudo. Systemy szerokiego pola są oddzielone linią bazową o długości 38 km. Te systemy szerokokątne wspierają dwa inne teleskopy operacyjne. Pierwszym z nich jest katalogujący instrument patrolowy z mozaikowym polem widzenia 16 stopni kwadratowych do 16 magnitudo. Drugi system to OTA 0,4 m z głębokością 19-20 magnitudo i pokryciem 0,35 stopnia. Trzy dodatkowe systemy są obecnie opracowywane, a testy i wdrażanie będą realizowane w ciągu najbliższych dwóch lat. Wszystkie systemy są zamontowane na produkowanych na zamówienie, szybkoobrotowych mocowaniach, które są w stanie dotrzeć do dowolnego punktu na niebie w ciągu 3 sekund. System RAPTOR znajduje się na miejscu w Los Alamos National Laboratory (USA) i był wspierany przez fundusze ukierunkowane na badania i rozwój laboratorium.

Dalsze informacje: Obserwatorium Fenton Hill § RAPTOR

Amatorskie roboty teleskopy

W 2004 roku większość automatycznych teleskopów znajduje się w rękach astronomów-amatorów . Warunkiem eksplozji amatorskich teleskopów-robotów była dostępność stosunkowo niedrogich kamer CCD, które pojawiły się na rynku komercyjnym na początku lat 90. Kamery te nie tylko umożliwiły astronomom-amatorom robienie przyjemnych zdjęć nocnego nieba, ale także zachęciły bardziej wyrafinowanych amatorów do realizacji projektów badawczych we współpracy z zawodowymi astronomami. Głównym motywem rozwoju amatorskich teleskopów automatycznych była nuda prowadzenia zorientowanych na badania obserwacji astronomicznych, takich jak wykonywanie nieskończenie powtarzalnych zdjęć gwiazdy zmiennej.

W 1998 roku Bob Denny wymyślił standard interfejsu oprogramowania dla sprzętu astronomicznego, oparty na modelu Component Object Model firmy Microsoft , który nazwał Astronomy Common Object Model (ASCOM). Napisał także i opublikował pierwsze przykłady tego standardu w postaci komercyjnych programów do sterowania teleskopami i analizy obrazu oraz kilku darmowych komponentów. Przekonał także Douga George'a włączenie funkcji ASCOM do komercyjnego oprogramowania do sterowania kamerą. Dzięki tej technologii główny system sterowania, który integrował te aplikacje, mógł być łatwo napisany w perlu , VBScript lub JavaScript . Przykładowy skrypt tego rodzaju został dostarczony przez Denny'ego.

Po omówieniu ASCOM w magazynie Sky & Telescope kilka miesięcy później, architekci ASCOM , tacy jak Bob Denny, Doug George, Tim Long i inni, później wpłynęli na ASCOM, aby stał się zestawem skodyfikowanych standardów interfejsu dla darmowych sterowników urządzeń dla teleskopów, kamer CCD, teleskopów wyciągi i kopuły obserwatoriów astronomicznych. W rezultacie amatorskie roboty-teleskopy stają się coraz bardziej wyrafinowane i niezawodne, a koszty oprogramowania gwałtownie spadły. ASCOM został również przyjęty w niektórych profesjonalnych teleskopach automatycznych.

Również w 1998 roku Michael Schwartz zbudował obserwatorium Tenagra w pobliżu Cottage Grove w stanie Oregon z automatycznym 14-calowym (360 mm) teleskopem Celestron Schmidt-Cassegrain c. 1998.

W międzyczasie użytkownicy ASCOM projektowali coraz bardziej wydajne główne systemy sterowania. Artykuły prezentowane na warsztatach amatorsko-profesjonalnych Minor Planet (MPAPW) w latach 1999, 2000 i 2001 oraz na międzynarodowych konferencjach amatorsko-profesjonalnych fotometrii fotometrycznej w latach 1998, 1999, 2000, 2001, 2002 i 2003 dokumentowały coraz bardziej wyrafinowane główne systemy sterowania. Niektóre z możliwości tych systemów obejmowały automatyczny wybór celów obserwacyjnych, możliwość przerywania obserwacji lub zmiany harmonogramów obserwacji dla okazjonalnych celów, automatyczny wybór gwiazd prowadzących oraz zaawansowane algorytmy wykrywania i korygowania błędów.

Rozwój zdalnego systemu teleskopowego rozpoczął się w 1999 r., a pierwsze testy na prawdziwym sprzęcie teleskopowym odbyły się na początku 2000 r. RTS2 był pierwotnie przeznaczony do dalszych obserwacji rozbłysków gamma , więc możliwość przerywania obserwacji była podstawową częścią jego projektu. W trakcie rozwoju stał się zintegrowanym pakietem do zarządzania obserwatorium. Inne dodatki obejmowały korzystanie z Postgresql do przechowywania celów i dzienników obserwacji, możliwość wykonywania przetwarzania obrazu, w tym astrometrii i przeprowadzania korekt teleskopu w czasie rzeczywistym oraz interfejs użytkownika oparty na sieci. RTS2 od początku był projektowany jako całkowicie open source , bez żadnych zastrzeżonych komponentów. W celu obsługi rosnącej listy mocowań, czujników, przetworników CCD i systemów dachowych wykorzystuje własny, tekstowy protokół komunikacyjny. System RTS2 jest opisany w artykułach ukazujących się w latach 2004 i 2006.

Instrument Neutral Distributed Interface (INDI) został uruchomiony w 2003 roku. W porównaniu do standardu ASCOM zorientowanego na Microsoft Windows , INDI jest niezależnym od platformy protokołem opracowanym przez Elwooda C. Downeya z ClearSky Institute w celu wspierania kontroli, automatyzacji, akwizycji danych i wymiany między urządzeń sprzętowych i frontendów oprogramowania.

Do 2022 roku dwie francuskie firmy wprowadziły przenośne roboty-teleskopy do użytku amatorskiego. Mają wbudowaną kamerę, silniki i kontroler z połączeniem Wi-Fi z dostarczoną aplikacją na smartfona. Telefon pokazuje również to, co widzi kamera, budując obraz poprzez układanie obrazów, gdy użytkownik patrzy. Nie mają tubusu okularu ani zabezpieczenia do użytku przez oko. Po otwarciu i uruchomieniu orientują się według gwiazd, a aplikacja oferuje obiekty do obserwacji.

  • Refraktor Vaonis Stellina 80 mm (2020)
  • Vaonis Vespera (2022)
  • Unistellar eVscope (2018)
  • Równonoc jednogwiazdowa

Lista teleskopów robotycznych

Więcej informacji na temat tych profesjonalnych teleskopów automatycznych znajduje się poniżej:

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Robotic_telescope&oldid=1129849913 ”