VLT - Very Large Telescope

Das zurzeit größte optische Teleskop der Welt wird von der Europäischen Südsternwarte (ESO) auf dem Mount Paranal in den chilenischen Anden betrieben. Wesentliche Teile der Steuerung des Very Large Telescope (VLT) sowie der Basisdienste für Applikationssoftware auf höherer Ebene wurden von 4D Engineering entwickelt.

Leistungen 4DE

Optimiertes Bewegungsverhalten für schnelle Zielanfahrt, Positionierung und Tracking
Zentrale Schnittstelle der Teleskopsteuerung zu anderen Subsystemen des Teleskops
Effiziente Bildübertragung von einem Transputer-Netzwerk und Echtzeitprozessierung
Koordination der automatischen Nachführung des Teleskops durch Auswertung von CCD-Aufnahmen eines Leitsternes und Korrektur des Trackings
Automatische Vorauswahl von Leitsternen durch Ankopplung an Sternkataloge
Implementierung der Steuerung verschiedener Systeme der Kuppel wie z. B. Klimaanlage, Haupttore
Steuerung von technischen und wissenschaftlichen CCD-Kameras

Eingesetzte Technologien

VxWorks/Tornado
Unix (HP-UX, Solaris, Linux)
ANSI C/C++
RTAP
Gerätetreiber
VMEbus
CAN

CCD-Kameras
Transputer
DIO, A/D-D/A
Schritt- und Gleichstrommotoren
Heidenhain-Encoder
Fast Ethernet und FDDI

Das Very Large Telescope

Eines der größten optischen Teleskope der Welt wird von der ESO auf dem 2.635 m hohen Mount Paranal in den chilenischen Anden betrieben. Die Anlage umfasst im Kern vier baugleiche Teleskopeinheiten mit einem Spiegeldurchmesser von je 8,2 Meter, ergänzt durch vier verfahrbare 1,8 Meter Hilfsteleskope. Hinzu kommt mit dem VLT Survey Telescope ein Weitfeldteleskop mit 2,6 Metern Apertur für Himmelsdurchmusterungen. Die nur 19 cm dünnen Hauptspiegel werden über 150 elektromechanische Stempel auf der Rückseite und am Rand kontinuierlich während des Betriebs in die optimale Form gebracht (aktive Optik). Zudem werden Bildverzerrungen durch Luftturbulenzen mittels verformbaren Spiegeln korrigiert (Adaptive Optik, siehe unser MACAO Project Sheet).

Abgerundet wird die Anlage durch einen Satz von High-Tech-Instrumenten, die ebenfalls mit allen technischen Finessen ein Maximum an Beobachtungsdaten aus den Teleskopen herausholen. Die einzelnen Teleskope können zudem optisch oder interferometrisch zum sogenannten VLT Interformeter (VLTI) gekoppelt werden. Auch hierzu hat 4D Engineering große Beiträge geleistet (siehe unser VLTI Project Sheet). Im Endausbau wird das Auflösungsvermögen eines einzelnen Spiegels mit einem Durchmesser von 130 Metern bzw. das Lichtsammelvermögen eines 16-Meter- Spiegels erreicht. Diese bislang einzigartige Leistungsfähigkeit ermöglicht optische Astronomie von der Erdoberfläche aus, wie sie sonst nur von außerhalb der Atmosphäre erreicht werden kann.

Computersysteme

Die Steuerung und Bedienung der Teleskope, Kuppeln und Instrumente baut auf einen sehr dezentralen Ansatz, d.h. intensive Vernetzung ist die Grundlage der Systemarchitektur. Die Steueraufgaben sind auf ein Netz aus dedizierten VMEbus-Systemen verteilt, sogenannte Local Control Units (LCU). Auf deren M68k- und PPCCPUs läuft VxWorks als Echtzeitbetriebssystem. Die Koordination auf höherer Ebene, sowie die Benutzeroberflächen, Archivierung, Remotezugänge, etc. erfolgen auf UNIX Workstations unter Solaris und HP-UX.

Softwarearchitektur

Das VLT Control Software System ist auf oberster Abstraktionsebene in diverse Pakete gegliedert:

CCS – Basisdienste
TCS – Teleskopsteuerung
INS – Instrumentensoftware
ROS – Remote Operation Software

und andere mehr. Als Betriebssysteme kommen VxWorks und UNIX zum Einsatz, sowie die Real-Time Application Platform (RTAP) von Agilent Technologies als plattformübergreifende Infrastrukturkomponente auf Workstationebene. Das Softwaredesign folgt durchgängig einem objektorientierten Ansatz, die Implementation erfolgt in ANSI C und C++.

Steuersoftware von 4D Engineering

4D Engineering ist seit 1996 an der Entwicklung der VLT Software beteiligt. Unsere Tätigkeit umfasst Design, Implementation, Test und Dokumentation von systemnaher Software, Infrastrukturkomponenten und Applikationen, sowohl auf der LCU- als auch auf der Workstation-Ebene. Unter anderem wurden folgende Komponenten der VLT Software von 4D Engineering implementiert:

Die Ansteuerung der Teleskop-Hauptachsen in Azimuth und Elevation mit einem dreistufigen Regelalgorithmus und einer Regelfrequenz von 1000 Hz. Auslesen der Encoder und optimiertes Bewegungsverhalten für schnelle Zielanfahrt, Positionierung und Tracking.
Zentrale Schnittstelle des TCS zu anderen Subsystemen des Teleskops, den Instrumenten und den Anwendern. Paralleles Message- Routing mit drei Instanzen unter Berücksichtigung von Zugriffsrechten und exklusiven Zuständen des Teleskops.
Steuerung von technischen CCD-Kameras. Extrem effiziente Übertragung der Bilder von einem Transputer-Netzwerk und Echtzeit- Prozessierung, sowie optimierte Parallelisierung der einzelnen Prozessschritte. Für technische Zwecke - z.B. der Nachführung des Teleskops wurden Aufnahmen mit einer Frequenz von 50 Hz gemacht und online kalibriert und gefiltert (u.A. mittels Flachfeld-, Dunkel- und Referenzaufnahmen).
Koordination der automatischen Nachführung des Teleskops durch Auswertung von CCD Aufnahmen eines Leitsterns und Korrektur des Trackings. Automatische Vorauswahl von Leitsternen über eine Anbindung diverser Sternkataloge.
Kontrolle eines Systems zur Korrektur der atmosphärischen Dispersion mittels zweier linear verfahrbarer Prismen.
Rechnerische Korrektur von verbleibenden mechanischen Gerätefehlern und ihre Berücksichtigung bei der Teleskopausrichtung.
Die Steuerung verschiedener Systeme der Kuppel, z.B. Klimaanlage, Haupttore, Beobachtungstor, sowie die Synchronisation der Drehung des Kuppeldachs und der einfahrbaren Windschutzbarrieren mit der Ausrichtung und Bewegung des Teleskops.

4D Engineering leistet heute auch vermehrt Support, wie Integration, Wartung, Troubleshooting und Einarbeitung von ESO-Mitarbeitern und trägt damit ständig zum erfolgreichen Betrieb des VLT bei.