Роботизированный телескоп - Robotic telescope

"Эль-Энано", роботизированный телескоп.

Роботизированный телескоп является астрономическим телескопом и детектор системы , что делает наблюдение без вмешательства человека . В астрономических дисциплинах телескоп считается роботом, если он проводит эти наблюдения без участия человека, даже если человек должен начать наблюдения в начале ночи или завершить их утром. В нем могут быть программные агенты, использующие искусственный интеллект, которые помогают различными способами, например автоматическим планированием. Роботизированный телескоп отличается от удаленного телескопа , хотя инструмент может быть как роботизированным, так и удаленным.

Дизайн

Роботизированные телескопы - это сложные системы, которые обычно включают в себя несколько подсистем. Эти подсистемы включают устройства, которые обеспечивают возможность наведения телескопа, работу детектора (обычно ПЗС- камеры), управление куполом или корпусом телескопа, управление фокусером телескопа , определение погодных условий и другие возможности. Часто этими различными подсистемами руководит главная система управления, которая почти всегда является программным компонентом.

Роботизированные телескопы работают по принципу замкнутого или разомкнутого контура . В системе с разомкнутым контуром система роботизированного телескопа указывает на себя и собирает данные, не проверяя результаты своих операций, чтобы убедиться, что она работает должным образом. Иногда говорят, что телескоп с разомкнутым контуром работает на веру, в том смысле, что если что-то пойдет не так, система управления не сможет обнаружить это и компенсировать.

Система с обратной связью имеет возможность оценивать свои операции с помощью резервных входов для обнаружения ошибок. Обычным таким входом могут быть датчики положения на осях движения телескопа или способность оценивать изображения системы, чтобы гарантировать, что они были направлены в правильное поле зрения, когда они были экспонированы.

Большинство телескопов-роботов - это маленькие телескопы . В то время как инструменты больших обсерваторий могут быть в высокой степени автоматизированы, некоторые из них работают без обслуживающего персонала.

История профессиональных телескопов-роботов

Роботизированные телескопы были впервые разработаны астрономами после того, как электромеханические интерфейсы для компьютеров стали обычным явлением в обсерваториях . Ранние примеры были дорогими, имели ограниченные возможности и включали большое количество уникальных подсистем, как аппаратных, так и программных. Это способствовало отсутствию прогресса в разработке роботизированных телескопов в начале их истории.

К началу 1980-х годов, когда появились дешевые компьютеры, было задумано несколько жизнеспособных проектов роботизированных телескопов, а некоторые из них были разработаны. Книга Марка Трублуда и Рассела М. Жене « Управление телескопами с помощью микрокомпьютера» в 1985 году стала знаковым инженерным исследованием в этой области. Одним из достижений этой книги было указание на множество причин, некоторые из которых довольно тонкие, почему телескопы нельзя было надежно навести с помощью только основных астрономических расчетов. Концепции, исследуемые в этой книге, имеют общее наследие с программным обеспечением для моделирования ошибок крепления телескопов под названием Tpoint , которое возникло из первого поколения больших автоматизированных телескопов в 1970-х годах, в частности, 3,9-метрового англо-австралийского телескопа .

С конца 1980-х годов Университет Айовы находится в авангарде разработки роботизированных телескопов в профессиональном плане. ВАвтоматизированная телескопическая установка (ATF), разработанная в начале 1990-х годов, располагалась на крыше здания физики Университета Айовы в Айова-Сити . В1997 годуони завершили строительство роботизированной обсерватории Айовы , роботизированного и удаленного телескопа в частной обсерватории Винера . Эта система успешно наблюдала переменные звезды и внесла свои наблюдения в десятки научных статей . В мае 2002 года они завершили работу над телескопом Ригель . Rigel был 0,37-метровым (14,5-дюймовым) F / 14, созданным Optical Mechanics, Inc. и управляемым программой Talon. Каждый из них был прогрессом в сторону более автоматизированной и утилитарной обсерватории.

Одна из крупнейших сетей роботизированных телескопов - RoboNet , управляемая консорциумом университетов Великобритании . Проект Линкольна по исследованию астероидов, сближающихся с Землей (LINEAR), является еще одним примером профессионального телескопа-робота. Конкуренты LINEAR, поиск околоземных объектов обсерватории Лоуэлла , Catalina Sky Survey , Spacewatch и другие, также разработали различные уровни автоматизации.

В 2002 году проект RAPid Telescopes for Optical Response (RAPTOR) расширил границы автоматизированной роботизированной астрономии, став первым полностью автономным роботизированным телескопом с замкнутым контуром. RAPTOR был разработан в 2000 году и начал полное развертывание в 2002 году. Проект возглавляли Том Вестранд и его команда: Джеймс Рен, Роберт Уайт, П. Возняк и Хит Дэвис. Его первый опыт работы с одним из широкопольных инструментов произошел в конце 2001 года, а вторая широкопольная система была запущена в конце 2002 года. Операции с замкнутым контуром начались в 2003 году. Первоначально целью RAPTOR была разработка системы наземных телескопов, которые будет надежно реагировать на запуск спутников и, что более важно, выявлять переходные процессы в режиме реального времени и генерировать предупреждения с указанием местоположения источников, чтобы обеспечить последующие наблюдения с помощью других, более крупных телескопов. Обе эти цели были достигнуты. Теперь RAPTOR был перенастроен, чтобы стать ключевым аппаратным элементом проекта Thinking Telescopes Technologies. Его новая задача будет заключаться в мониторинге ночного неба в поисках интересного и аномального поведения в постоянных источниках с использованием одного из самых передовых роботизированных программ, когда-либо применявшихся. Две системы с широким полем зрения представляют собой мозаику камер CCD. Мозаика покрывает площадь примерно 1500 квадратных градусов на глубину 12-й величины. В центре каждого массива широких полей находится одна система ямок с полем зрения 4 градуса и глубиной 16 звездной величины. Системы широкого поля разделены базовой линией 38 км. Эти системы с широким полем зрения поддерживают еще два действующих телескопа. Первый из них - это патрульный инструмент-каталогизатор с мозаичным полем зрения в 16 квадратных градусов до 16 звездной величины. Другая система - это OTA 0,4 м с глубиной 19-20 звездной величины и охватом 0,35 градуса. Три дополнительные системы в настоящее время находятся в стадии разработки, тестирования и развертывания в течение следующих двух лет. Все системы монтируются на изготовленных по индивидуальному заказу быстроповорачиваемых креплениях, способных достичь любой точки в небе за 3 секунды. Система RAPTOR расположена на территории Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) и поддерживается фондами направленных исследований и разработок лаборатории.

В 2004 году некоторые профессиональные телескопы-роботы характеризовались отсутствием творческого подхода к проектированию и зависимостью от закрытого программного обеспечения и проприетарного программного обеспечения . Программное обеспечение обычно является уникальным для телескопа, для которого оно было разработано, и не может использоваться в других системах. Часто программное обеспечение для роботизированных телескопов, разработанное в университетах, становится невозможным в обслуживании и в конечном итоге устаревает, потому что аспиранты , написавшие его, переходят на новые должности, а их институты теряют свои знания. Крупные консорциумы телескопов или лаборатории, финансируемые государством, не склонны нести такую ​​же потерю разработчиков, как в университетах. Профессиональные системы обычно отличаются очень высокой эффективностью и надежностью наблюдения. Также наблюдается растущая тенденция к внедрению технологии ASCOM на нескольких профессиональных объектах (см. Следующий раздел). Потребность в проприетарном программном обеспечении обычно возникает из-за конкуренции между учреждениями за доллары на исследования.

История любительских телескопов-роботов

В 2004 году большинство роботизированных телескопов находится в руках астрономов-любителей . Предпосылкой для взрыва любительских телескопов-роботов была доступность относительно недорогих камер CCD, которые появились на коммерческом рынке в начале 1990-х годов. Эти камеры не только позволили астрономам-любителям делать приятные снимки ночного неба, но и побудили более искушенных любителей заниматься исследовательскими проектами в сотрудничестве с профессиональными астрономами. Основным мотивом разработки любительских телескопов-роботов была скука проведения ориентированных на исследования астрономических наблюдений, таких как получение бесконечно повторяющихся изображений переменной звезды.

В 1998 году Боб Денни задуманы стандартного интерфейса программного обеспечения для астрономической аппаратуры, основанной на Microsoft «s Component Object Model , который он назвал Астрономия Common Object Model (ASCOM). Он также написал и опубликовал первые примеры этого стандарта в виде коммерческих программ управления телескопами и анализа изображений, а также нескольких бесплатных компонентов. Он также убедил Дуга Джорджа включить возможности ASCOM в коммерческую программу управления камерой. С помощью этой технологии главную систему управления, объединяющую эти приложения, можно было бы легко написать на Perl , VBScript или JavaScript . Пример такого сценария предоставил Денни.

После освещения ASCOM в журнале Sky & Telescope несколько месяцев спустя, архитекторы ASCOM, такие как Боб Денни, Дуг Джордж, Тим Лонг и другие, позже повлияли на ASCOM, превратив его в набор кодифицированных стандартов интерфейса для бесплатных драйверов устройств для телескопов, камер CCD, телескопов. фокусеры и купола астрономических обсерваторий. В результате любительские телескопы-роботы становятся все более сложными и надежными, а затраты на программное обеспечение резко упали. ASCOM также был принят для некоторых профессиональных роботизированных телескопов.

Между тем, пользователи ASCOM разработали все более совершенные системы главного управления. В докладах, представленных на семинарах любителей и профессионалов Minor Planet (MPAPW) в 1999, 2000 и 2001 годах и на Международных конференциях любителей и профессионалов по фотоэлектрической фотометрии в 1998, 1999, 2000, 2001, 2002 и 2003 годах, были задокументированы все более сложные системы главного управления. Некоторые из возможностей этих систем включали автоматический выбор наблюдаемых целей, способность прерывать наблюдения или изменять графики наблюдений для возможных целей, автоматический выбор направляющих звезд и сложные алгоритмы обнаружения и исправления ошибок.

Разработка системы удаленного телескопа началась в 1999 году, а первые испытания на реальном оборудовании телескопа начались в начале 2000 года. RTS2 был в первую очередь предназначен для последующих наблюдений за гамма-всплесками , поэтому возможность прерывания наблюдения была основной частью его конструкции. В процессе разработки он стал интегрированным пакетом управления обсерваторией. Другие дополнения включали использование базы данных Postgresql для хранения целей и журналов наблюдений, возможность выполнять обработку изображений, включая астрометрию и выполнение поправок телескопа в реальном времени, а также пользовательский веб-интерфейс. RTS2 с самого начала проектировалась как система с полностью открытым исходным кодом , без каких-либо проприетарных компонентов. Для поддержки растущего списка креплений, датчиков, ПЗС-матриц и крышных систем используется собственный текстовый протокол связи. Система RTS2 описана в статьях 2004 и 2006 годов.

Instrument Нейтральный распределенный интерфейс (INDI) был начат в 2003 г. В сравнении с Microsoft Windows стандарта ориентированных ASCOM, INDI является независимым протоколом платформы , разработанный Элвуд С. Даунью из ClearSky Института управления поддержкой, автоматизация, сбор данных и обмен информации между аппаратные устройства и программные интерфейсы.

Значимость

К 2004 году роботизированные наблюдения составили подавляющую часть опубликованной научной информации об орбитах астероидов и открытиях, исследованиях переменных звезд, кривых блеска и открытиях сверхновых , орбитах комет и наблюдениях с помощью гравитационного микролинзирования .

Все наблюдения за гамма-всплесками на ранних этапах выполнялись с помощью роботизированных телескопов.

Список роботизированных телескопов

См. Ниже дополнительную информацию об этих профессиональных роботизированных телескопах:

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки

  • Проект виртуального телескопа Роботизированная установка проекта виртуального телескопа.
  • Список профессиональных телескопов-роботов (с картой и статистикой).
  • «Роботизированные телескопы: интерактивная выставка во всемирной паутине». CiteSeerX  10.1.1.51.9564 : Цитировать журнал требует |journal=( помощь ) предоставляет обзор работы телескопа через Интернет