Das Teleskoprohr

CFRP Rohr
Das Kernstück des Teleskops ist ein mit Kohlenfasern verstärktes Plastikrohr (CFRP). In der Industrie werden solche CFRP Rohre mit für uns geeigneten Dimensionen für die Papierherstellung verwendet. Eine Studie bei der Firma ACE in Dänemark zur Berechnung der Anzahl Kohlefasernlagen und der dazugehörenden Wicklungswinkel zeigte, dass ein CFRP Rohr hergestellt werden kann, das die gestellten Anforderungen erfüllt. Dabei wurde die reiche Erfahrung der Industrie ausgeschöpft. Es wurde ein ca. 4m langes Rohr gewickelt mit dem Ziel, die eine Hälfte als Qualifikationsmodell zu benutzen und bei erfüllter Qualifikation mit der zweiten Hälfte das Flugteleskop zu bauen.
Ein Mittelring und zwei Endringe wurden am CFRP Rohr angeleimt. Sie wurden am PSI aus geschmiedeten Titanrohlingen gedreht. In dieser Kombination sind die Kräfte infolge der verschiedenen thermischen Ausdehnung von CFRP und der Ti-Legierung minimalisiert. Die Ringe für das Flugmodell waren innerhalb einiger Mikrometer formgenau.
Das PSI stellte eine grosse Koordinatenmessmaschine zur Verfügung. Die Genauigkeit über das ganze Messvolumen von ca. 0.6x0.6x1.5m³ ist innerhalb von ± 3 Mikrometern. Mit dieser Genauigkeit konnten Verdrehungen von ± 3 Bogensekunden gemessen werden, d.h. besser als verlangt war.

Gittermontageplattformen

Die Montageplattformen für die Gitterpaare wurden mit einer speziellen, spannungsarmen Aluminiumlegierung in einer versteiften Sandwichbauweise fabriziert. Die Teile wurden mittels Elektronstrahlschweissung zusammengefügt und anschliessend thermisch behandelt. In der Schlussbearbeitung wurden alle Toleranzanforderungen eingehalten.
Am Umfang der Plattform konnten im 40 Grad Raster 9 hochpräzise Kugeln aus Aluminiumoxydkeramik montiert werden. Die reproduzierbare Positioniergenauigkeit von einigen Mikrometern wurde durch die konische Auflage und mittels Federkraft erreicht. Diese Kugeln (Tooling Balls) dienten als Referenzsystem für die Vermessung der Gitter und des SAS Systems zueinander. Ebenfalls werden die vorderen und hinteren Plattform über diese Kugeln definiert.

 
Montagehalterung für die Gitterplattformen

Um die Plattformen zu montieren, wurden kinematische Montagehalter am PSI entwickelt, welche eine symmetrische, verdrehungsfreie Befestigung sicherstellen. Dabei ist es wichtig, dass das System nicht überbestimmt ist. Es soll unter jeder möglichen Belastung nur genau eine stabile Position einnehmen. (Zum Vergleich ein 4-beiniger Tisch ist überbestimmt, er kann auf unebenem Grund in zwei stabilen Stellungen stehen).
Daher gibt es pro Gitterplattform nur 3 Montagehalterungen, die radial flexibel und tangential steif sein müssen. Die unvermeidliche thermische Ausdehnung darf zu keiner Verdrehung führen, auch nicht um einen Bruchteil eines Haares. Einer der 3 Montagehalterungen ist mit einer differentiellen Schraube justierbar, wobei eine Umdrehung eine tangentiale Verschiebung von 20 Mikrometern bewirkt.

Scaffold

Das Teleskop muss zur thermischen Isolierung in Wärmeschutzfolien eingepackt werden. Um die empfindlichen Gitter zu schützen, wurde mit Hilfe des Bauweisenlabors der ETH Zürich eine CRFP Haube (Scaffold) gebaut, die Leichtigkeit und Stabilität in idealer weise verbindet.

3D CAD des Teleskops	Teleskop auf PSI CMM
Die Plattform vor der Elektonenstrahlverschweissung.	Die vordere Plattform auf der ETH Messmaschine.
Verstellbarer Montagehalterung auf vorder Plattform	Plot Umdrehungen gegeüber Verschiebung in Micrometer. Merke 1 Haar ist ca.60 Micrometer dick, d.h. die Verschiebung ist in Bruchteilen eines Haares.