Robotický dalekohled - Robotic telescope

„El Enano“, robotický dalekohled

Robotický teleskop je astronomický dalekohled a detekční systém, který umožňuje pozorování bez zásahu člověka . V astronomických disciplínách se dalekohled kvalifikuje jako robotický, pokud provádí tato pozorování, aniž by byl ovládán člověkem, i když člověk musí zahájit pozorování na začátku noci nebo je ukončit ráno. Může mít softwarové agenty využívající umělou inteligenci, kteří pomáhají různými způsoby, jako je automatické plánování. Robotický dalekohled se liší od vzdáleného dalekohledu , i když nástroj může být robotický i vzdálený.

Design

Robotické dalekohledy jsou složité systémy, které obvykle obsahují řadu subsystémů. Mezi tyto subsystémy patří zařízení, která poskytují schopnost zaměřování dalekohledu, provoz detektoru (obvykle CCD kamera), ovládání kopule nebo krytu dalekohledu, ovládání zaostřování dalekohledu , detekce povětrnostních podmínek a další funkce. Těmto různým subsystémům často předsedá hlavní řídicí systém, který je téměř vždy softwarovou součástí.

Robotické dalekohledy pracují na principu uzavřené smyčky nebo otevřené smyčky . V systému s otevřenou smyčkou se robotický dalekohled zaměřuje sám na sebe a shromažďuje svá data, aniž by kontroloval výsledky svých operací, aby zajistil správnou funkci. O dalekohledu s otevřenou smyčkou se někdy říká, že pracuje na víře, že pokud se něco pokazí, neexistuje žádný způsob, jak by to řídicí systém mohl detekovat a kompenzovat.

Systém uzavřené smyčky má schopnost vyhodnocovat své operace prostřednictvím redundantních vstupů a detekovat chyby. Běžným takovým vstupem by byly kodéry polohy na pohybových osách dalekohledu nebo schopnost vyhodnocovat obrazy systému, aby bylo zajištěno, že při jejich vystavení bylo namířeno na správné zorné pole .

Většina robotických dalekohledů jsou malé dalekohledy . Zatímco velké observatoře mohou být vysoce automatizované, jen málo z nich pracuje bez obsluhy.

Historie profesionálních robotických dalekohledů

Robotické dalekohledy byly poprvé vyvinuty astronomy poté, co se na observatořích stalo běžným elektromechanické rozhraní s počítači . Rané příklady byly drahé, měly omezené schopnosti a zahrnovaly velké množství jedinečných subsystémů, a to jak v hardwaru, tak v softwaru. To přispělo k nedostatečnému pokroku ve vývoji robotických dalekohledů na počátku jejich historie.

Na začátku 80. let, s dostupností levných počítačů, bylo koncipováno několik životaschopných projektů robotických dalekohledů a některé byly vyvinuty. Kniha Mikropočítačové ovládání dalekohledů z roku 1985 , autorů: Mark Trueblood a Russell M. Genet, byla významnou technickou studií v této oblasti. Jedním z úspěchů této knihy bylo poukázat na mnoho důvodů, některé docela subtilní, proč nebylo možné spolehlivě zaměřit dalekohledy pouze pomocí základních astronomických výpočtů. Koncepty zkoumané v této knize sdílejí společné dědictví se softwarem pro modelování chyb montáže dalekohledu s názvem Tpoint , který vznikl z první generace velkých automatizovaných dalekohledů v 70. letech, zejména z 3,9m anglo-australského dalekohledu .

Od konce 80. let je univerzita v Iowě v čele vývoje robotických dalekohledů po profesionální stránce. TheAutomatizovaný dalekohled (ATF), vyvinutý na počátku 90. let, byl umístěn na střeše budovy fyziky na univerzitě v Iowě v Iowě . V roce1997dokončili robotickou observatoř Iowa , robotický a vzdálený dalekohled na soukromé Winer Observatory . Tento systém úspěšně pozoroval proměnné hvězdy a přispíval pozorováním k desítkám vědeckých prací . V květnu 2002 dokončili dalekohled Rigel . Rigel byl 0,37 m (14,5 palců) F / 14 postavený společností Optical Mechanics, Inc. a řízen programem Talon. Každý z nich znamenal postup směrem k automatizovanější a užitečnější observatoři.

Jednou z největších současných sítí robotických dalekohledů je RoboNet , provozovaný konsorciem britských univerzit. Projekt Lincoln Line-Asteroid Research (LINEAR) je dalším příkladem profesionálního robotického dalekohledu. Konkurenti společnosti LINEAR, Lowell Observatory Near-Earth-Object Search , Catalina Sky Survey , Spacewatch a další, také vyvinuli různé úrovně automatizace.

V roce 2002 posunul projekt RAPid Telescopes for Optical Response (RAPTOR) do prostoru automatizované robotické astronomie první plně autonomní robotický dalekohled s uzavřenou smyčkou. RAPTOR byl navržen v roce 2000 a jeho plné nasazení bylo zahájeno v roce 2002. Projekt vedl Tom Vestrand a jeho tým: James Wren, Robert White, P. Wozniak a Heath Davis. Jeho první světlo na jednom ze širokoúhlých přístrojů bylo koncem roku 2001, druhý širokoúhlý systém byl uveden do provozu koncem roku 2002. Provoz uzavřené smyčky začal v roce 2003. Původním cílem RAPTOR bylo vyvinout systém pozemních dalekohledů, které by spolehlivě reagoval na spouštěče družic a co je důležitější, identifikoval přechodové jevy v reálném čase a generoval výstrahy se zdrojovými umístěními, aby umožnil následná pozorování s jinými, většími, dalekohledy. Dosáhla obou těchto cílů. Nyní byl RAPTOR znovu vyladěn tak, aby byl klíčovým hardwarovým prvkem projektu Thinking Telescopes Technologies Project. Jeho novým mandátem bude monitorování noční oblohy hledáním zajímavého a neobvyklého chování v perzistentních zdrojích pomocí nejmodernějšího robotického softwaru, jaký byl kdy nasazen. Dva systémy se širokým polem jsou mozaikou CCD kamer. Mozaika pokrývá plochu asi 1500 čtverečních stupňů do hloubky 12. velikosti. V každém širokém poli pole je soustředěn jediný systém fovey se zorným polem 4 stupně a hloubkou 16. magnitudy. Systémy širokého pole jsou odděleny základnou 38 km. Tyto systémy se širokým polem podporují další dva operační dalekohledy. Prvním z nich je katalogizační hlídkový nástroj s mozaikovým zorným polem 16 čtverečních stupňů až 16 stupňů. Druhý systém je 0,4 m OTA s výtěžkem hloubky 19–20. Velikosti a pokrytím 0,35 °. V současné době procházejí vývojem další tři systémy a během příštích dvou let bude probíhat testování a nasazení. Všechny systémy jsou namontovány na zakázkově vyráběných, rychle otočných držácích schopných dosáhnout jakéhokoli bodu na obloze za 3 sekundy. Systém RAPTOR se nachází v místě v Los Alamos National Laboratory (USA) a byl podporován prostřednictvím fondů pro přímý výzkum a vývoj laboratoře.

V roce 2004 se některé profesionální robotické dalekohledy vyznačovaly nedostatkem kreativity designu a spoléháním se na uzavřený zdroj a proprietární software . Tento software je obvykle jedinečný pro dalekohled, pro který byl navržen, a nelze jej použít v žádném jiném systému. Software robotického dalekohledu vyvinutý na univerzitách je často nemožné udržet a nakonec zastaralý, protože postgraduální studenti, kteří jej napsali, přecházejí na nové pozice a jejich instituce ztrácejí znalosti. Konsorcia velkých dalekohledů nebo laboratoře financované vládou nemají tendenci mít stejnou ztrátu vývojářů, jakou zažily univerzity. Profesionální systémy se obecně vyznačují velmi vysokou účinností a spolehlivostí. Existuje také rostoucí tendence přijímat technologii ASCOM v několika profesionálních zařízeních (viz následující část). Potřeba proprietárního softwaru je obvykle způsobena soutěží o výzkumné dolary mezi institucemi.

Historie amatérských robotických dalekohledů

V roce 2004 je většina robotických dalekohledů v rukou amatérských astronomů . Předpokladem výbuchu amatérských robotických dalekohledů byla dostupnost relativně levných CCD kamer, které se na komerčním trhu objevily počátkem 90. let. Tyto kamery nejen umožnily amatérským astronomům pořizovat příjemné snímky noční oblohy, ale také povzbuzovaly sofistikovanější amatéry, aby ve spolupráci s profesionálními astronomy pokračovali ve výzkumných projektech. Hlavním motivem vývoje amatérských robotických dalekohledů bylo nudné provádění astronomických pozorování zaměřených na výzkum, například pořizování nekonečně opakovaných snímků proměnné hvězdy.

V roce 1998, Bob Denny představil standard rozhraní softwaru pro astronomické techniky, založené na Microsoft ‚s Component Object Model , který on volal Astronomy Common Object Model (ASCOM). On také psal a publikoval první příklady tohoto standardu, v podobě komerčních programů pro ovládání a analýzu obrazu dalekohledu a několika freewarových komponent. Přesvědčil také Douga George, aby začlenil schopnost ASCOM do komerčního softwarového programu pro ovládání kamer. Díky této technologii mohl být hlavní řídicí systém, který integroval tyto aplikace, snadno napsán v perl , VBScript nebo JavaScript . Ukázkový scénář této povahy poskytl Denny.

Po několika měsících pokrytí ASCOM v časopise Sky & Telescope architekti ASCOM, jako je Bob Denny, Doug George, Tim Long a další, později ovlivnili ASCOM, aby se stal souborem kodifikovaných standardů rozhraní pro ovladače freewarových zařízení pro dalekohledy, CCD kamery, dalekohledy zaměřovače a kopule astronomické observatoře. Výsledkem je, že amatérské robotické dalekohledy jsou čím dál sofistikovanější a spolehlivější, zatímco náklady na software klesly. ASCOM byl také přijat pro některé profesionální robotické dalekohledy.

Uživatelé ASCOM mezitím navrhli stále schopnější hlavní řídicí systémy. Články prezentované na amatérských profesionálních workshopech (MPAPW) Minor Planet v letech 1999, 2000 a 2001 a na mezinárodních amatérsko-profesionálních konferencích o fotoelektrické fotometrii z let 1998, 1999, 2000, 2001, 2002 a 2003 dokumentovaly stále sofistikovanější hlavní řídicí systémy. Některé ze schopností těchto systémů zahrnovaly automatický výběr pozorovacích cílů, schopnost přerušit pozorování nebo změnit uspořádání pozorovacích plánů pro příležitostné cíle, automatický výběr naváděcích hvězd a sofistikované algoritmy detekce a korekce chyb.

Vývoj systému dálkového dalekohledu byl zahájen v roce 1999, první testovací jízdy na skutečném hardwaru dalekohledu začátkem roku 2000. RTS2 byl primárně určen pro následná pozorování shluků gama paprsků , takže schopnost přerušit pozorování byla hlavní součástí jeho designu. Během vývoje se stala integrovanou sadou pro správu observatoře. Mezi další přírůstky patřilo použití databáze Postgresql pro ukládání cílů a pozorovacích protokolů, schopnost provádět zpracování obrazu včetně astrometrie a provádění korekcí dalekohledu v reálném čase a webové uživatelské rozhraní. RTS2 byl od začátku navržen jako zcela otevřený systém bez jakýchkoli proprietárních komponent. Pro podporu rostoucího seznamu úchytů, senzorů, CCD a střešních systémů používá vlastní textový komunikační protokol. Systém RTS2 je popsán v článcích, které vyšly v letech 2004 a 2006.

Instrument Neutrální DFS Interface (INDI) byla zahájena v roce 2003. Ve srovnání s Microsoft Windows standardně centric ASCOM, INDI je nezávislý protokol platforma vyvinutá Elwood C. Downey z ClearSky ústavu pro kontrolu nosné, automatizaci sběru dat a výměny mezi hardwarová zařízení a softwarová rozhraní.

Význam

Do roku 2004 představovala robotická pozorování drtivé procento publikovaných vědeckých informací o drahách a objevech asteroidů , studiích proměnných hvězd, světelných křivkách a objevech supernov , drahách komet a pozorováních gravitačních mikročoček .

Všechna raná fáze pozorování výbuchu gama záření byla prováděna robotickými dalekohledy.

Seznam robotických dalekohledů

Níže naleznete další informace o těchto profesionálních robotických dalekohledech:

Viz také

Reference

externí odkazy

  • Virtual Telescope Project Virtuální dalekohled Project robotické zařízení.
  • Seznam profesionálních robotických dalekohledů (s mapou a statistikami).
  • „Robotické dalekohledy: Interaktivní exponát na celosvětové síti“. CiteSeerX  10.1.1.51.9564 : Citovat deník vyžaduje |journal=( pomoc ) poskytuje přehled provozu dalekohledu prostřednictvím internetu