Das InstrumentGrundlegende ParameterAus den wissenschaftlichen Anforderungen an KMOS ergeben sich im Einzelnen die folgenden technischen Spezifikationen:
Zur Umsetzung dieser Anforderungen wurde ein modularer Ansatz gewählt, der die Funktionalität des Gesamtinstruments in drei im wesentlichen identische Sektoren aufteilt, von denen jeder ein Drittel der im Folgenden beschriebenen Komponenten enthält. Pick-Off-Arme
Kernstück von KMOS ist das sogenannte Pick-Off-Modul mit 24 Roboterarmen, die konzentrisch um ein rundes Gesichtsfeld von 25cm Durchmesser angeordnet sind (entsprechend einem Feld von 7,2 Bogenminten Durchmesser am Himmel). Angetrieben von jeweils 2 Schrittmotoren, können diese Arme radiale Bewegungen bis zur Feldmitte sowie Drehbewegungen von +/- 11° um ihre Ruheposition ausführen und decken dabei gemeinsam das gesamte Gesichtsfeld ab. Um ihre Bewegungsfreiheit zu verbessern, sind die Arme über 2 Ebenen - jeweils 12 oberhalb und unterhalb der Fokalebene - verteilt. Im Fall, dass trotz softwareseitiger Zulässigkeits-Überprüfungen zwei Arme kollidieren, sorgt ein elektronischer Sensor für den sofortigen Stop aller Bewegungen. Mit Hilfe eines kleinen Spiegels an der Spitze kann jeder Arm gerade das quadratische 2.8''x2.8'' Feld aus dem Gesichtsfeld herausgreifen, das anschließend in 14x14 Spektren zerlegt wird. Die Auswahl des Spektralbands erfolgt mit 3 identischen Filterrädern unter der Grundplatte des Pick-Off-Moduls. Eine Kalibrations-Einheit ermöglicht für jeden Arm an einer vordefinierten Position außerdem die Eichung der optischen Komponenten mit Hilfe von Licht bekannter Wellenlänge. Ein Prototyp eines Pick-Off-Arms wurde bereits angefertigt:
IFU-ModulEntsprechend dem Prinzip der 3D-Spektroskopie sammeln 3 identische IFU-Systeme das Licht von jeweils 8 Pick-Off-Armen, zerlegen es in 8x14 Streifen (jeder der Streifen enthält wiederum 14 Pixel) und ordnen es jeweils zu einem 254mm langen Pseudo-Spalt, dessen Licht schließlich einem von 3 identischen Spektrographen zugeführt wird. Im Bild unten ist der Lichtweg für 8 ausgewählte Einzelfelder von der Eintrittslinse (die gleichzeitig die Nichtplanarität der Fokalfläche ausgleicht, links) über die Optik der Pick-Off-Arme und die Zerlegungsspiegel der IFU (Mitte) bis zum Spektrographen (rechts) dargestellt. Letzterer "sieht" nur noch die linear hintereinander angeordneten 8x14 Bildscheiben aller 8 Arme, so, als käme das Licht aus einem langen Spalt.
SpektrographDem dreigeteilten modularen Aufbau von KMOS entsprechend erfolgt die Spektralzerlegung des von den IFU-Einheiten einfallenden Lichtes in 3 identischen Spektrographen. Jeder ist mit einem Umlenk- und einem Kollimatorspiegel, einem 6-Positionen-Rad zur Auswahl des Beugungsgitters und einer Spektrographen-Kamera ausgestattet. Letztere enthält den 2048x2048 Hawaii-2RG HGCdTe Infrarot-Detektor, dessen Position über Stellmotoren justierbar ist.
KryostatDie Besonderheiten der Infrarot-Spektroskopie erfordern es, dass KMOS im Vakuum betrieben und auf -140°C (der Infrarot-Detektor sogar auf -200°C) gekühlt wird. Die Mehrzahl der Komponenten mit Ausnahme der Steuerungselektronik befindet sich deshalb in einem evakuierten Kryostat (siehe Haupseite). Die Gesamtmasse dieses Moduls wird ca. 3000kg erreichen. ElektronikDie über 60 Schrittmotoren in kryogener Umgebung für Pick-Off-Arme, Filter- und Beugungsgitter-Rad sowie die Kalibrationslampen, Temperatursensoren etc. erfordern eine umfangreiche Steuerungselektronik, die in 3 Local Control Units (LCUs) außerhalb des Instruments untergebracht ist. Ein spezieller Kollisionsdetektor sorgt außerdem dafür, dass alle Armbewegungen bei Kontakt zweier Arme über ihre metallbeschichteten leitenden Oberflächen sofort zum Stillstand kommen.
SoftwareWie jedes andere VLT-Instrument nutzt auch KMOS eine standardisierte Software-Infrastruktur, die über mehrere Workstations (WSs) und Local Control Units (LCUs) verteilt ist (Bild).
Die instrumentenspezifische Software innerhalb dieses Rahmens gliedert sich dann in mehrere Standard-Module, von denen die folgenden and die speziellen Erfordernisse von KMOS angepasst werden müssen:
Den Standards der allgemeinen VLT-Software entsprechend, wird der überwiegende Teil der Software in C++ bzw. C (Teile der ICS) implementiert, die Graphischen Benutzerschnittstellen sowie die Templates aber mit Hilfe der Skriptsprache Tcl/Tk. Zusätzlich zur Instrumenten-Software (entwickelt an der Universitätssternwarte) wird eine spezielle Datenreduktions-Software (entwickelt am MPE) dafür sorgen, dass die pro Beobachtungsnacht anfallenden 5 GB Daten angemessen verarbeitet werden. Zuletzt geändert: 2022-07-06 (Michael Wegner) |