Роботизированный телескоп

Роботизированный телескоп — это астрономический телескоп и детекторная система, которая производит наблюдения без вмешательства человека . В астрономических дисциплинах телескоп считается роботизированным , если он проводит наблюдения без участия человека, даже если человеку приходится начинать наблюдения в начале ночи или заканчивать их утром. У него могут быть программные агенты, использующие искусственный интеллект, которые помогают различными способами, такими как автоматическое планирование. ^[1]^[2]^[3] Роботизированный телескоп отличается от удаленного телескопа , хотя инструмент может быть как роботизированным, так и удаленным.

К 2004 году роботизированные наблюдения составляли подавляющий процент опубликованной научной информации об орбитах и открытиях астероидов, исследованиях переменных звезд, и открытиях сверхновых кривых блеска , орбитах комет и наблюдениях гравитационного микролинзирования .

Все наблюдения гамма-всплесков ранней фазы проводились с помощью роботизированных телескопов. ^{[ нужна ссылка ]}

Дизайн

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

Роботизированные телескопы работают по принципам замкнутого или разомкнутого контура . В системе с разомкнутым контуром роботизированная система телескопа наводит себя и собирает данные, не проверяя результаты своих операций, чтобы убедиться, что она работает правильно. Иногда говорят, что телескоп с разомкнутым контуром работает по принципу доверия: если что-то пойдет не так, система управления не сможет обнаружить это и компенсировать это.

Система с замкнутым контуром имеет возможность оценивать свою работу с помощью избыточных входных данных для обнаружения ошибок. Обычно такими входными данными являются энкодеры положения на осях движения телескопа или возможность оценки изображений системы, чтобы убедиться, что она была направлена в правильное поле зрения при экспонировании.

Большинство роботизированных телескопов представляют собой небольшие телескопы . Хотя крупные инструменты обсерваторий могут быть в высокой степени автоматизированы, лишь немногие из них работают без обслуживающего персонала.

Профессиональные роботизированные телескопы

Роботизированные телескопы были впервые разработаны астрономами после того, как электромеханические интерфейсы с компьютерами стали распространены в обсерваториях . Ранние образцы были дорогими, имели ограниченные возможности и включали большое количество уникальных подсистем, как аппаратных, так и программных. Это способствовало отсутствию прогресса в разработке роботизированных телескопов на ранних этапах 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 Трублада и Рассела М. Жене «Микрокомпьютерное управление телескопами» , вышедшая в 1985 году, стала знаковым инженерным исследованием в этой области. Одним из достижений этой книги было указание на многие причины, некоторые из которых весьма тонкие, почему телескопы не могут быть надежно наведены, используя только базовые астрономические расчеты. Концепции, рассмотренные в этой книге, имеют общее наследие с программным обеспечением для моделирования ошибок монтировки телескопа под названием Tpoint , которое появилось на базе первого поколения больших автоматических телескопов в 1970-х годах, в частности, 3,9-метрового англо-австралийского телескопа .

В 2004 году некоторые профессиональные роботизированные телескопы характеризовались отсутствием творческого подхода к проектированию и использованием закрытого и проприетарного программного обеспечения . Программное обеспечение обычно уникально для телескопа, для которого оно было разработано, и не может использоваться в какой-либо другой системе. Часто программное обеспечение для роботизированных телескопов, разработанное в университетах, становится невозможным в обслуживании и в конечном итоге устаревает, поскольку написавшие его аспиранты переходят на новые должности, а их учреждения теряют свои знания. Крупные консорциумы телескопов или лаборатории, финансируемые государством, как правило, не испытывают такой же потери разработчиков, как в университетах. Профессиональные системы обычно отличаются очень высокой эффективностью и надежностью наблюдений. Также наблюдается растущая тенденция внедрения технологии ASCOM на некоторых профессиональных предприятиях (см. следующий раздел). Потребность в несвободном программном обеспечении обычно обусловлена конкуренцией за деньги на исследования между учреждениями.

С конца 1980-х годов Университет Айовы находится в авангарде разработки роботизированных телескопов на профессиональном уровне. Automated Telescope Facility (ATF), разработанный в начале 1990-х годов, располагался на крыше физического корпуса Университета Айовы в Айова-Сити . В 1997 году они завершили строительство Роботизированной обсерватории Айовы , роботизированного удаленного телескопа в частной обсерватории Винера. Эта система успешно наблюдала переменные звезды и внесла вклад в наблюдения в десятках научных статей . В мае 2002 года они завершили строительство телескопа Ригель . Rigel представлял собой 0,37-метровый (14,5-дюймовый) объектив F/14, построенный компанией Optical Mechanics, Inc. и управляемый программой Talon. ^[4] Каждый из них был шагом к более автоматизированной и утилитарной обсерватории.

Одной из крупнейших нынешних сетей роботизированных телескопов является RoboNet , которой управляет консорциум британских университетов. Проект Линкольна по исследованию околоземных астероидов (LINEAR) — еще один пример профессионального роботизированного телескопа. Конкуренты LINEAR, обсерватория Лоуэлла по поиску околоземных объектов , Catalina Sky Survey , Spacewatch и другие, также разработали различные уровни автоматизации.

В 1997 году широкоугольная система телескопов Robotic Optical Transient Search Experiment (ROTSE) под названием ROTSE-I начала работу в ручном режиме. Программные системы позволили полностью автоматизировать работу роботов в конце марта 1998 года, когда были получены первые автоматические ответы на GRB 980326 от триггеров, полученных через сеть координат GRB. С тех пор ROTSE-I начал работать и стал первым полностью автономным роботизированным телескопом с замкнутым контуром, который использовался для ответов на гамма-всплески, исследования рентгеновских транзиентов и повторителей мягкого гамма-излучения, изучения переменных звезд и метеоров. Первый мгновенный оптический всплеск гамма-всплеска был обнаружен ROTSE-I для GRB 990123. В проекте ROTSE-III участвовали четыре полуметровых телескопа, основанные на рабочем подходе ROTSE-I, которые начали работу в 2003 году. Они использовались в основном для GRB. последующее исследование, а также поиск и изучение сверхновых. Именно с помощью наблюдений ROTSE-III были открыты первые сверхяркие сверхновые.

В 2002 году проект RAPid Telescopes for Optical Response (RAPTOR), разработанный в 2000 году, начал полное развертывание в 2002 году. Проект возглавили Том Вестранд и его команда: Джеймс Рен, Роберт Уайт, П. Возняк и Хит Дэвис. Первый свет на одном из приборов с широким полем зрения состоялся в конце 2001 года. Вторая система с широким полем зрения была запущена в эксплуатацию в конце 2002 года. Операции с замкнутым контуром начались в 2003 году. Первоначально целью RAPTOR была разработка системы наземных телескопов, которые бы надежно реагировать на сигналы спутников и, что более важно, выявлять переходные процессы в режиме реального времени и генерировать оповещения с указанием местоположений источников, чтобы обеспечить возможность последующих наблюдений с помощью других, более крупных телескопов. Он достиг обеих этих целей. Сейчас ^{[ когда? ]} RAPTOR был перенастроен и стал ключевым аппаратным элементом проекта Thinking Telescopes Technologies. ^[5] Его новым мандатом будет мониторинг ночного неба в поисках интересного и аномального поведения в постоянных источниках с использованием одного из самых передовых роботизированных программ, когда-либо применявшихся. Две широкоугольные системы представляют собой мозаику ПЗС-камер. Мозаика покрывает площадь около 1500 квадратных градусов и глубину 12-й звездной величины. В центре каждого широкопольного массива находится одна система фовеа с полем зрения 4 градуса и глубиной 16 звездной величины. Широкие полевые системы разделены базовой линией длиной 38 км. Эти широкоугольные системы поддерживают два других действующих телескопа. Первый из них представляет собой каталогизирующий патрульный инструмент с мозаичным полем зрения от 16 квадратных градусов до 16 звездной величины. Другая система — это ОТА диаметром 0,4 м с глубиной 19–20 звездной величины и охватом 0,35 градуса. Три дополнительные системы в настоящее время находятся на стадии разработки и тестирования, а их внедрение будет осуществлено в течение следующих двух лет. Все системы установлены на изготовленных по индивидуальному заказу быстроповоротных установках, способных достичь любой точки неба за 3 секунды. Система RAPTOR расположена в Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) и поддерживается за счет фондов направленных исследований и разработок лаборатории.

Любительские роботизированные телескопы

В 2004 году большинство роботизированных телескопов находились в руках астрономов-любителей . Предпосылкой для взрыва любительских роботизированных телескопов стало наличие относительно недорогих ПЗС-камер, появившихся 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 проводить исследовательские проекты в сотрудничестве с профессиональными астрономами. Основным мотивом разработки любительских роботизированных телескопов была утомительность проведения астрономических наблюдений, ориентированных на исследования, таких как получение бесконечно повторяющихся изображений переменной звезды.

В 1998 году Боб Денни задумал стандарт программного интерфейса для астрономического оборудования, основанный на , Microsoft модели компонентных объектов которую он назвал Astronomy Common Object Model (ASCOM). Он также написал и опубликовал первые примеры этого стандарта в виде коммерческих программ управления телескопом и анализа изображений, а также нескольких бесплатных компонентов. Он также убедил Дуга Джорджа включить возможности ASCOM в коммерческую программу управления камерой. Благодаря этой технологии главная система управления, интегрирующая эти приложения, может быть легко написана на Perl , VBScript или JavaScript . Образец сценария такого рода был предоставлен 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 то, чтобы ASCOM стал набором кодифицированных стандартов интерфейса для бесплатных драйверов устройств для телескопов, ПЗС-камер и телескопов. фокусеры и купола астрономических обсерваторий. В результате любительские роботизированные телескопы становятся все более совершенными и надежными, а стоимость программного обеспечения резко снижается. ASCOM также был принят для некоторых профессиональных роботизированных телескопов.

Также в 1998 году обсерваторию Тенагра недалеко от Коттедж-Гроув, штат Орегон, Майкл Шварц построил с помощью роботизированного 14-дюймового (360 мм) телескопа Celestron Шмидта-Кассегрена c. 1998. ^[6]

Тем временем пользователи ASCOM разработали еще более эффективные системы управления. Доклады, представленные на любительско-профессиональных семинарах малых планет (MPAPW) в 1999, 2000 и 2001 годах, а также на международных любительско-профессиональных конференциях по фотоэлектрической фотометрии в 1998, 1999, 2000, 2001, 2002 и 2003 годах, документировали все более сложные главные системы управления. Некоторые из возможностей этих систем включали автоматический выбор целей наблюдения, возможность прерывать наблюдения или изменять графики наблюдений для возможных целей, автоматический выбор опорных звезд, а также сложные алгоритмы обнаружения и исправления ошибок.

Разработка системы удаленного телескопа началась в 1999 году, а первые испытания реального оборудования телескопа состоялись в начале 2000 года. RTS2 изначально предназначался для за гамма-всплесками последующих наблюдений , поэтому возможность прерывать наблюдение была основной частью его конструкции. В ходе разработки он превратился в интегрированный пакет 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 разрабатывалась 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, вышедших в 2004 и 2006 годах. ^[7]

Инструментально -нейтральный распределенный интерфейс (INDI) был запущен в 2003 году. По сравнению со стандартом ASCOM, ориентированным на Microsoft Windows , INDI представляет собой независимый от платформы протокол, разработанный Элвудом К. Дауни из Института ClearSky для поддержки управления, автоматизации, сбора данных и обмена между ними. аппаратные устройства и программные интерфейсы.

Умные телескопы

Новейшим продуктом потребительского рынка являются интеллектуальные телескопы. Это автономные роботизированные устройства для получения астрономических изображений, которые сочетают в себе небольшой (диаметром от 50 до 114 мм) телескоп и монтировку с предварительно установленным программным обеспечением, предназначенным для астрофотографии объектов дальнего космоса . ^[8]^[9]^[10] Они используют данные GPS и автоматическое распознавание звездных узоров ( решение тарелок ), чтобы определить, куда они направлены. У них нет оптической системы, которая позволяет пользователю напрямую просматривать астрономические объекты и вместо этого отправлять изображение, полученное с течением времени, посредством сложения изображений на встроенный цифровой дисплей (обычно имеющий форму обычного окуляра ) или на смартфон или планшет . Они поставляются с базой данных предварительно запрограммированных объектов, заранее заданными процедурами получения изображений и программным обеспечением для мобильных устройств , которое позволяет конечному пользователю начать астрофотографию сразу после настройки телескопа. Ими можно управлять удаленно, и они способны собирать серию изображений без присмотра. Они могут автоматизировать различные методы астрофотографии, в том числе «удачные изображения» и « спекл-изображения ». ^[11] Конструкция системы визуализации в сочетании с относительно небольшой оптикой не оптимальна для получения изображений планет или Луны. ^[12] В качестве примера можно привести модели французских компаний Unistellar и Vaonis. ^[13]^[14]

Список роботизированных телескопов

Дополнительную информацию об этих профессиональных роботизированных телескопах см. ниже:

ТРАППИСТ , 60 см, Ла Силья , Чили.
T80S , 80 см, Тололо , Чили.
Супер-ЛОТИС , 60 см, Обсерватория Стюарда на Китт Пик , Аризона, США.
Ливерпульский телескоп (робот-телескоп), 2,0 м, на Ла-Пальме , Канарские острова
- Северный телескоп Фолкса , 2,0 м, обсерватория Халеакала , Гавайи
- Южный телескоп Фолкса , обсерватория Сайдинг-Спринг , Новый Южный Уэльс, Австралия
- РобоНет , несколько локаций
Ликская обсерватория на горе Гамильтон , Калифорния, США.
- Автоматический искатель планет , 2,4 м,
- Автоматический телескоп Кацмана , 76 см
Телескопы Slooh , разных размеров и местоположений.
Телескоп Rapid Eye Mount , 60 см, Ла Силья, Чили
Роботизированная обсерватория ТАРО-Юг , 25 см, Ла Силья, Чили
Роботизированный телескоп Брэдфорд , 35,5 см, Обсерватория Тейде , Канарские острова
Обсерватория Уорнера и Сваси#Роботизированная обсерватория станции Нассау , 91 см, Обсерватория Уорнера и Сваси, Огайо, США
Астрономическая обсерватория Ла Сагра , 3×45 см, Гранада, Испания
РОТСЕ-IIIb , 45 см, Обсерватория Макдональд , Техас, США
РОСТ ,70 см,
Индийская астрономическая обсерватория , Ладакх, Индия
МАСТЕР Сеть небольших роботизированных телескопов быстрого реагирования
Таиланд Тайский роботизированный телескоп NARIT , Национальный институт астрономических исследований Таиланда (общественная организация) Таиланд.
РАПТОР (телескоп) , Фентон Хилл
Милутин Миланкович , 140 см, Белградская обсерватория , Астрономическая станция Видоевица, гора Видоевица, Сербия.

См. также

Ссылки

^ Аллан, А.; Нейлор, Т.; Стил, И.; Картер, Д.; Дженнесс, Т.; Эконому, Ф.; Адамсон, А. (2004). «STAR: Астрономы, агенты и когда роботизированные телескопы не ...» Программное обеспечение и системы для анализа астрономических данных (Adass) Xiii . 314 : 597. Бибкод : 2004ASPC..314..597A . Проверено 27 августа 2016 г.
^ Мейсон, Синди (1994). Пайпер (ред.). «Совместные сети независимых автоматических телескопов» . Оптическая астрономия с Земли и Луны . 55 . Тихоокеанское астрономическое общество: 234. Бибкод : 1994ASPC...55..234M . Проверено 27 августа 2016 г.
^ Кроуфорд (1992). «GNAT: Глобальная сеть автоматических телескопов» . Автоматизированные телескопы для фотометрии и визуализации . 28 : 111. Бибкод : 1992ASPC...28..123C . Проверено 27 августа 2016 г.
^ «О Ригеле» . Архивировано из оригинала 30 января 2009 г. Проверено 14 февраля 2009 г.
^ Хаттерер, Элеонора (август 2014 г.). «Отслеживание переходных процессов» .
^ Полакис, Том (май 2004 г.), «Роботизированные наблюдения: если телескопы с роботизированным управлением — это будущее астрономических наблюдений, то обсерватории Тенагра возглавляют эту технологическую революцию», Astronomy , 32 (5)
^ «RTS2: Стандарт и пакет с открытым исходным кодом для автономной обсерватории» .
^ Джейми Картер, Почему умные телескопы — будущее астрофотографии, techradar.com — 24 сентября 2022 г.
^ Свейцер, Дж., Звездные вечеринки в глубоком космосе: умные телескопы для образования, ASP2020: Охватывая будущее: преподавание астрономии и участие общественности, серия конференций ASP, Vol. 531, протоколы виртуальной конференции, состоявшейся 3 декабря 2020 г. Под редакцией Грега Шульца, Джонатана Барнса, Эндрю Фракноя и Линды Шор. Сан-Франциско: Тихоокеанское астрономическое общество, 2021, стр. 411.
^ Робин Скагелл, Обзор умного телескопа наблюдательной станции Vaonis Stellina, space.com, 14 сентября 2022 г.
^ «Обзоры умных телескопов — найдите идеальный умный телескоп» . Обзоры умных телескопов . Проверено 10 декабря 2023 г.
^ Джейми Картер, Почему умные телескопы — будущее астрофотографии, techradar.com — 24 сентября 2022 г.
^ Робин Скагелл (9 августа 2022 г.). «Обзор умного телескопа наблюдательной станции Vaonis Stellina» . Space.com . Проверено 16 сентября 2022 г.
^ «Unistellar eVscope eQuinox» . Журнал BBC Sky at Night . Проверено 25 сентября 2022 г.

Внешние ссылки

Проект «Виртуальный телескоп» Роботизированный комплекс проекта «Виртуальный телескоп».
Список профессиональных роботов-телескопов (с картой и статистикой).
«Роботизированные телескопы: интерактивная выставка во всемирной сети». 1994. CiteSeerX 10.1.1.51.9564 : {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь ) предоставляет обзор работы телескопа через Интернет.

[1] Аллан, А.; Нейлор, Т.; Стил, И.; Картер, Д.; Дженнесс, Т.; Эконому, Ф.; Адамсон, А. (2004). «STAR: Астрономы, агенты и когда роботизированные телескопы не ...» Программное обеспечение и системы для анализа астрономических данных (Adass) Xiii . 314 : 597. Бибкод : 2004ASPC..314..597A . Проверено 27 августа 2016 г.

[2] Мейсон, Синди (1994). Пайпер (ред.). «Совместные сети независимых автоматических телескопов» . Оптическая астрономия с Земли и Луны . 55 . Тихоокеанское астрономическое общество: 234. Бибкод : 1994ASPC...55..234M . Проверено 27 августа 2016 г.

[3] Кроуфорд (1992). «GNAT: Глобальная сеть автоматических телескопов» . Автоматизированные телескопы для фотометрии и визуализации . 28 : 111. Бибкод : 1992ASPC...28..123C . Проверено 27 августа 2016 г.

[4] «О Ригеле» . Архивировано из оригинала 30 января 2009 г. Проверено 14 февраля 2009 г.

[5] Хаттерер, Элеонора (август 2014 г.). «Отслеживание переходных процессов» .

[6] Полакис, Том (май 2004 г.), «Роботизированные наблюдения: если телескопы с роботизированным управлением — это будущее астрономических наблюдений, то обсерватории Тенагра возглавляют эту технологическую революцию», Astronomy , 32 (5)

[7] «RTS2: Стандарт и пакет с открытым исходным кодом для автономной обсерватории» .

[8] Джейми Картер, Почему умные телескопы — будущее астрофотографии, techradar.com — 24 сентября 2022 г.

[9] Свейцер, Дж., Звездные вечеринки в глубоком космосе: умные телескопы для образования, ASP2020: Охватывая будущее: преподавание астрономии и участие общественности, серия конференций ASP, Vol. 531, протоколы виртуальной конференции, состоявшейся 3 декабря 2020 г. Под редакцией Грега Шульца, Джонатана Барнса, Эндрю Фракноя и Линды Шор. Сан-Франциско: Тихоокеанское астрономическое общество, 2021, стр. 411.

[10] Робин Скагелл, Обзор умного телескопа наблюдательной станции Vaonis Stellina, space.com, 14 сентября 2022 г.

[11] «Обзоры умных телескопов — найдите идеальный умный телескоп» . Обзоры умных телескопов . Проверено 10 декабря 2023 г.

[12] Джейми Картер, Почему умные телескопы — будущее астрофотографии, techradar.com — 24 сентября 2022 г.

[13] Робин Скагелл (9 августа 2022 г.). «Обзор умного телескопа наблюдательной станции Vaonis Stellina» . Space.com . Проверено 16 сентября 2022 г.

[14] «Unistellar eVscope eQuinox» . Журнал BBC Sky at Night . Проверено 25 сентября 2022 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]