The ELT (Extremely Large Telescope) observatory on the Cerro Armazones mountain in Chile

Extremely Large Telescope

SCHOTT ist stolz darauf, eine führende Rolle bei der Entwicklung des Extremely Large Telescopes (ELT) der Europäischen Südsternwarte zu spielen. Der aus SCHOTT ZERODUR® Glaskeramik hergestellte segmentierte Hauptspiegel des Teleskops hat einen Durchmesser von 39 Metern und gilt als bahnbrechend für die Erforschung des Weltraums.

Hintergrund

2006 startete die Europäische Südsternwarte (ESO) das ELT-Programm mit detaillierten Studien zum Teleskop. Das gigantische Teleskop ist als „Fenster in ferne Galaxien“ konzipiert und basiert auf einer Reihe von fünf Spiegeln, die außergewöhnlich präzise hochauflösende Bilder aus Millionen von Lichtjahren im Weltraum erzeugen. Die ESO blickte auf SCHOTTs einzigartiges Know-how in der Glaskeramik zurück und beauftragte das Unternehmen 2017 mit der Herstellung der Spiegelsubstrate, die für die Erreichung seines beispiellosen Teleskopsortiments erforderlich sind.

Das ELT-Observatorium (Extremely Large Telescope) der Europäischen Südsternwarte (ESO)
ELT der Europäischen Südsternwarte (ESO) mit SCHOTT ZERODUR® Glaskeramik als Spiegelsubstrat. Quelle: ESO

Aufgabe

Das ELT-Projekt ist eines der größten Projekte, an dem SCHOTT ZERODUR® jemals beteiligt war. Das Unternehmen produziert die Substrate für insgesamt vier Glaskeramikspiegel. Zwei haben einen Durchmesser von ca. 4 m, wobei der Sekundärspiegel (M2) die größte konvexe monolithische Glaskomponente ist. Die Herstellung des Sekundärspiegels mit einem Durchmesser von 4,25 m stellt eine große Herausforderung dar, da der Rohstoff auf eine Dicke von nur 10 cm geschliffen werden muss. Für den Primärspiegel hat SCHOTT die Aufgabe, 949 Spiegelsegmentrohlinge mit 1,5 m Durchmesser – jeweils einen pro Tag – mit genau denselben Abmessungen und Eigenschaften herzustellen.

Die Lösung

SCHOTT ist mit seiner hochmodernen Ausstattung bestens auf dieses Projekt vorbereitet: Ein fünfachsiges CNC-Kompetenzzentrum ermöglicht die Herstellung von ZERODUR® Glaskeramikspiegeln bis zu einer Größe von 4,25 Metern Durchmesser in einer bisher nicht erreichten Präzision. Ein zweiter Schmelztank, der für ZERODUR® installiert wurde, soll die langfristig hohe Nachfrage nach dem Material decken und zum Erfolg der Kunden beitragen.

Das optische System des ELT und die Rolle von ZERODUR®

Dieses Diagramm (künstlerische Darstellung) zeigt das fortschrittliche Fünfspiegel-Optiksystem des ESO Extremely Large Telescope (ELT) und die Lage der ZERODUR® Spiegelsubstrate. Es basiert auf einem riesigen Hauptspiegel, der 798 Sechsecke (M1) und vier kleinere Spiegel (M2 bis M5) als Reflektoren kombiniert. Der Hauptspiegel fängt Licht vom Nachthimmel auf und reflektiert es mit vier Metern Durchmesser auf die M2. Diese reflektieren wiederum das Licht auf einen Reflektor (M3). Aufgabe dieses dritten Spiegels ist es, das Licht auf den adaptiven Optikspiegel (M4) zu strahlen, der seine Oberfläche tausendmal pro Sekunde verändert, um das durch die Erdatmosphäre verzerrte Sternenlicht durch das in das Teleskop eingebaute adaptive Optiksystem zu korrigieren. Schließlich erreicht das Licht den fünften Spiegel (M5), der die extrem scharfen Bilder auf der letzten Brennebene stabilisiert und die niederfrequenten Schwingungen der Teleskopstruktur kompensiert. 
Illustration der fünf verschiedenen Spiegeltypen des Extremely Large Telescope (ELT) der Europäischen Südsternwarte
Construction of the primary mirror for the ELT (Extremely Large Telescope) observatory
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Ein riesiger 39-Meter-Hauptspiegel

Der Hauptspiegel wird aus 798 sechseckigen ZERODUR® Segmenten bestehen – SCHOTT produziert insgesamt 949 Segmentrohlinge mit einem Durchmesser von jeweils 1,5 m und einer Dicke von 50 mm. Die Segmente werden als ein einziger großer Spiegel zusammenarbeiten, der zehn Millionen Mal mehr Licht sammeln kann als das menschliche Auge.

Construction of the secondary mirror for the ELT (Extremely Large Telescope) observatory
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Ein technologisches Meisterwerk

Der vier Meter breite Sekundärspiegel (M2) für das ELT ist der größte konvexe Spiegel, der je gebaut wurde. Er weist eine extreme Krümmung auf und besitzt einen Durchmesser von 4,25 Metern bei einer Dicke von nur 100 mm.

Construction of the tertiary mirror for the ELT (Extremely Large Telescope) observatory
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Schweißtreibende Arbeit

Nach dem Gießen wurde das tertiäre Spiegelsubstrat (M3) mit mehreren Bearbeitungsschritten auf sein Endgewicht von 3,2 Tonnen heruntergeschliffen. Der Endspiegel hat einen Durchmesser von vier Metern, ist 100 mm dick und befindet sich in der Teleskopoptik unterhalb des riesigen Hauptspiegels.

Gleichbleibende Bildqualität in extremen Umgebungen

Herzstück des ELT sind die herausragenden thermischen Eigenschaften der SCHOTT ZERODUR® Glaskeramik. Mit einem extrem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten kann man sich darauf verlassen, dass sie in temperaturvariablen Umgebungen konsistente Leistung erbringt und Licht hochpräzise reflektiert. Die Fähigkeit von SCHOTT, sie in einer Vielzahl von Formen und Größen herzustellen, war auch für das ELT-Projekt von entscheidender Bedeutung.
Alles Wissenswerte über SCHOTT und das ELT in sechs Minuten
Markus Kissler-Patig, Senior-Astronom bei der Europäischen Südsternwarte
Ein Projekt wie das ELT wäre ohne ein Material wie ZERODUR® nicht möglich.

Visualisierung der Weite des Universums

Die Leistung und der Maßstab des extrem großen Teleskops sind einfach erstaunlich. Da fast alle entscheidenden Elemente des Projekts zum ersten Mal durchgeführt werden, soll es 100 Millionen Mal mehr Licht sammeln als das menschliche Auge, wobei die Bilder 16 Mal schärfer sind als die des Hubble-Teleskops. Es wird auch detailliertere Untersuchungen von Planeten ermöglichen, die andere Sterne umgeben, zusammen mit fernen Galaxien und supermassiven schwarzen Löchern, die unser Wissen und Verständnis des Universums erweitern.
Roberto Tamai, ELT-Programmmanager, Europäische Südsternwarte
Roberto Tamai, Programmverantwortlicher ELT
So etwas hat es bisher noch nicht gegeben. Das ELT ist das erste seiner Art. Es ist eine große Maschine mit sehr hohen Anforderungen an Positionierung und Nachverfolgung. Wir werden ein riesiges 3.000-Tonnen-Stahlstück in eine feste Position bringen und müssen es mit äußerster Präzision bewegen. Ja, wir haben alle Simulationen und Computeranalysen, die zeigen, dass wir es schaffen können, aber zwischen Simulationen und der Realität liegt ein großer Schritt. Dieser Sprung ist eine der größten Herausforderungen.

Verwendete Materialien & ähnliche Produkte 

Diese einzigartige Glaskeramik wurde von SCHOTT entwickelt, um einen extrem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) zu erreichen, was sie ideal für anspruchsvolle Umgebungen macht, die eine hochpräzise Positionierung erfordern. Für das ELT-Projekt ist auch ihr Potenzial, großformatig hergestellt zu werden, von entscheidender Bedeutung.

Eine beispiellose Herausforderung, die echte Teamarbeit erfordert

Die Planung und der Aufbau des ELT ist ein gewaltiges Unterfangen, das eine enge Zusammenarbeit zwischen Hunderten weltweit ansässigen technischen Experten erfordert. Schon die Anreise zum ELT-Standort mitten in der chilenischen Atacama-Wüste ist eine logistische Herausforderung, so dass die Verarbeitung und der Transport der massiven Spiegel und Komponenten SCHOTT und seine Partner zu neuen Höchstleistungen anspornten.


Spiegelträger von
SCHOTT

Form, Politur und Montage durch
Safran-Reosc, Frankreich

Segmentstützsystemeinheiten für den Primärspiegel
CESA (Spanien) VDL (Niederlande)

Stützzellen für M2- und M3-Spiegel
SENER-Gruppe (Spanien)

Quartärspiegel
AdOptica, INAF (Italien)

Kuppelkonstruktion
ACe Konsortium (Italien)

ELT-Projekteigner
ESO, die Europäische Südsternwarte

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