De open zonnetelescoop, een innovatie die navolging krijgt?

Transcriptie

1 De open zonnetelescoop, een innovatie die navolging krijgt? Dat is voor dr.ir. Rob Hammerschlag geen vraag. Hij zette op La Palma de Dutch Open Telescope (DOT) neer; een zonnetelescoop rustend op een stalen open toren van 15 meter hoog. De wind die door de open constructie waait, verwaait de hete opstijgende lucht die anders de waarneming verstoort en zorgt voor ongekend scherpe beelden van de zon. We bezoeken Hammerschlag en opvolger Felix Bettonvil bij de Universiteit Utrecht, waar hij jarenlang in de kleine uurtjes, als de werkplaats vrij was, zijn geesteskind vervolmaakte. Hammerschlag: Het is bekend dat innovatie alleen lukt via kronkelweggetjes. Wegens een verhuizing bivakkeren de astronomen in een voormalige informaticacollegezaal. Aan de muur een groen schoolbord, lichtbakken boven lege tafels, een rijtje ordners in een metalen kastje tegen de verwarming, we zitten een beetje verloren in de ruimte. Bettonvil met een armzwaai: Je mag één bureau en één kastje met je belangrijkste spullen meenemen. Ik vind het wel wat hebben, zo n studentikoze omgeving. Dutch Open Telescope Het idee achter de DOT: voor het bereiken van het hoogste oplossend vermogen moeten telescopen vrij worden opgesteld. Temperatuurfluctuaties in de omringende lucht, veroorzaakt door nabije objecten met enigszins afwijkende temperatuur, geven beeldonscherpte. Niet alleen een open opstelling, maar ook wind vermindert de temperatuurfluctuaties. Daarom moeten astronomische telescopen vaak gelegen in berggebieden ook bij harde wind werken. In geval van regen, een omringende wolk, ijsafzetting of storm, moet er een beschermende behuizing over de telescoop komen. Daarom zijn telescopen altijd in koepels ondergebracht die alleen tijdens waarnemingen deels opengaan. Een revolutionaire oplossing is een openvouwbare tentconstructie die tijdens de waarnemingen helemaal open kan, gebaseerd op het spannen van tentdoek tussen beweegbare, maar toch stijve bogen. De tentdoekdelen worden zadelvormig gespannen voor maximum stabiliteit tegen wind.

2 We nemen plaats aan Felix Bettonvils ene bureau. Rob loopt hier ergens rond, laten we maar vast beginnen. Okee. Je bent de opvolger van Rob Hammerschlag? Collega en opvolger. Ik kwam erbij in Rob had toen net subsidie van STW gekregen en zocht een werktuigbouwer. Ik zag hem vaak assembleren aan de telescoop in de werkplaats van de Technische Universiteit Delft, ben zelf fervent amateurastronoom, en toen las ik de advertentie. Dat paste perfect. Ik werk nu voor 20% op het project, daarnaast ben ik betrokken bij het European Solar Telescope-project (EST), een groot Europees project voor een nieuwe telescoop. Open of gesloten dome Hoe was het werken aan de DOT? Hard werken, maar de uitdaging was enorm. De basis ligt in de jaren 70, toen waren Rob en hoogleraar zonnefysica Kees Zwaan al betrokken bij het zoeken naar een plek voor een goede zonnewacht in internationaal verband. Zij kwamen uit bij een vulkanisch eiland, daar kun je een telescoop op een bergtop zetten, boven de wolken, ideaal. Bij het bouwen van de masten kwam vervolgens het inzicht van het open model. Wat is het verschil met een gesloten model? Doceert: Telescopen met een gesloten dome, zoals dat heet, ondervinden temperatuurverschillen van de lucht nabij de opening in de dome waardoorheen de telescoop kijkt. De zon verwarmt de dome van buiten en dat geeft warme lucht boven de opening. Er wordt wel gezocht naar een oplossing door koelen van de domewand naar precies de temperatuur van de buitenlucht, die de wind brengt. Dit koelen geeft problemen. De hoek waaronder het zonlicht straalt op de wand varieert over de koepel en ook met de tijd door het bewegen van de zon aan de hemel. De schaduwzijde ontvangt geen zonnestraling en zal zonder maatregelen juist te koud worden als de koepel met een koelhoudende witte en infrarood stralende verf is geschilderd. Titaniumdioxide is een verfpigment met deze eigenschappen. Nog moeilijker is het om de domewand de temperatuurvariaties van de met de wind aankomende lucht te laten volgen. In een kwartier tijd kan de luchttemperatuur meerdere graden veranderen bij toch goede zichtomstandigheden voor scherpe beelden. Dus als ze goede zonnewaarnemingen willen met een gesloten dome, moeten ze werken met dure, energie verslindende en foutgevoelige koelapparatuur. Daarnaast moet een gesloten dome heel stevig gebouwd worden om geen schade op te lopen bij het zware weer dat bovenop de bergtop voorkomt. De geheel openvouwbare koepel met tentdoek lost dit laatste probleem op door ingebouwde flexibiliteit, waardoor de optredende piekkrachten worden beperkt bij zwaar weer.

3 Stormen en zo? Knikkend: We bouwden een tweede wat groter prototype van de geheel openvouwbare dome voor de zonnetelescoop GREGOR op Tenerife. We hebben daar een storm voor onze kiezen gehad met pieken van 245 km per uur. Dan raken de stoeptegels van 50 bij 50 centimeter los van de grond hoor. Meerdere telescopen hadden schade opgelopen, wij niet. 1,5 miljoen gulden Hammerschlag arriveert, hangt zijn jas over de dichtstbijzijnde stoel. Jullie hebben het over de constructie? Fantastische utilisatie! Bettonvil: Ik vertelde net over de storm. Hammerschlag: Ja, dat is een goede graadmeter voor telescopen. Als ze gaan schudden bij wind kun je ze niet meer gebruiken. Daaruit kwam het inzicht van onze wind doorlatende en toch zeer stijve constructies voor telescopen. En het inzicht, als nog een windbescherming van apparatuur aan de telescoop nodig is, dan is de beste oplossing een halfdoorlatend windscherm van speciale constructie met verticale spleten. Hoe kreeg u de constructie zo stevig? De vorm van de staven en de knooppunten was de basis. Als je een begin hebt, kom je verder. Peinzend: Elk jaar spaarden we wat geld, daarmee kon ik in de werkplaatsen van Delft en Utrecht de bouw van de telescoop beginnen. In 1990 gingen Kees Zwaan en ik bij STW praten, bij toenmalig directeur Kees le Pair. Met een grinnik: Le Pair zei: Het komt er niet op aan of u gelijk heeft, maar of u gelijk krijgt. Gelukkig was de jury die de voorstellen beoordeelde, positief. Van STW kregen we 1,5 miljoen gulden voor de verdere ontwikkeling van de telescoop. Oorspronkelijk wilden we de telescoop open laten en alleen de optische delen met deksels beschermen tegen slecht weer. Pas in een laat stadium, bij het zoeken van de precieze locatie op La Palma, werden wij door daar op de Sterrenwacht werkende Nederlanders gewaarschuwd voor het extreem slechte weer, dat af en toe op de berg kan optreden: snelle gigantische ijsafzetting van wolken onder nul graden en windsnelheden van meer dan 200 km per uur. Dus besloten we pas op het laatst tot de bouw van het eerste prototype van de openvouwbare tent, dat nog net lukte uit de verleende subsidie. Op z n houtje-touwtjes Hoe kwam u op het idee voor een afsluitende tent? Hammerschlag: Samen met de bedrijven in de gebruikerscommissie. Daar is kennis uitgewisseld die niet in een getalletje is uit te drukken. Tandwielen voor de telescoop

4 werden bijvoorbeeld ontwikkeld en gemaakt met de hulp van Bierens Machinefabrieken in Tilburg. Van Hout aandrijf- en besturingstechniek in Eindhoven deed de servomotoren, Van der Linden & Veldhuis Rubber in Vlaardingen maakte speciale rubberen slangen voor de afdichting. Poly-Ned in Steenwijk maakte het tentdoek. Vele jaren eerder had het European Southern Observatory (ESO) een proeftent gebouwd, maar volgens een ander principe; die was opblaasbaar. Probleem was dat met dat principe de tent pas zijn stijfheid en sterkte verkrijgt in geheel gesloten toestand. Al bij 20 km per uur wind was sluiten levensgevaarlijk omdat in halfdichte toestand het doek door de wind werd gegrepen, het sluitmechanisme dreigde te bezwijken en het doek zou kunnen wegwaaien. Voor de astronomie wil je ook bij harde wind nog kunnen waarnemen en dus ook sluiten. Dus moest er structuur komen in de tent, dat heb ik toen op z n houtje-touwtjes zitten berekenen, dat wil zeggen relatief eenvoudige analytische berekeningen. Die zijn minder precies dan de gecompliceerde numerieke simulaties. Maar het werkte wel? Hammerschlag, trots: Ja, de analytische aanpak bleek wel goed globaal inzicht in de constructie te geven. Poly-Ned had al het doek voor de ESO-proef met de opblaasbare tent geleverd. Dat die proef niet lukte lag niet aan het doek. Maar die ervaring heeft natuurlijk wel meegeholpen voor een goed inzicht en succes met de spanconstructie. In 1996 hebben we de mechanische constructie op La Palma opgebouwd, inclusief de tent. In 1997 monteerden we de optiek en in oktober van dat jaar hadden we eerste beelden, met eind oktober een bezoek van Prins Willem Alexander. Is er octrooi aangevraagd? Octrooi hebben we tot nu toe niet aangevraagd, omdat de ontwikkeling in eerste instantie is uitgevoerd voor wetenschappelijke telescopen, waarvoor de markt beperkt is. De kennis van de stijve lagering en drijfwerken is na de DOT toegepast op de Swedish Solar Telescope (SST), eveneens op La Palma. De koepel is met een verdere ontwikkeling zoals dubbel doek voor een betere thermische isolatie toegepast bij de reeds genoemde telescoop GREGOR. Het kan goed zijn, dat een bredere toepassing gaat plaatsvinden. Dan zal er wellicht octrooi worden aangevraagd op niet voor de hand liggende constructiedetails, die wel essentieel zijn voor het goede functioneren. Voor principieel nieuwe zaken is het vaak in het begin te vroeg en ook moeilijk octrooi te verkrijgen. Opvouwbare koepel ook internationaal Wat brengt de toekomst? Bettonvil: Ik ben binnen het EST-project bezig te kijken of het openvouwbare tentprincipe kan worden toegepast voor de koepel van deze nieuwe telescoop. Het betreft momenteel een design studie voor een groot deel gefinancierd door de EU vanuit Brussel; daar

5 nemen instituten uit vele landen aan deel. Daarna moeten fondsen worden gevonden voor het maken van eindontwerp met werktekeningen en bouw. In de design studie zijn wij verantwoordelijk voor een aantal belangrijke onderdelen van de EST waaronder telescoopstructuur en gebouw. Daarvoor reis ik regelmatig Europa door. Dat verklaart de gebutste gele vliegtuigkoffer achter zijn stoel. Hammerschlag: We meten nu de windbelasting van de koepels bij DOT en GREGOR en maken daar computermodellen van. Wind blijkt veel dynamischer dan gedacht. Binnen enkele tienden van een seconde kan de windsnelheid een grote sprong maken, maar de koepels houden zich daar prima onder. Bettonvil: En we ontwerpen koepels van 20 tot 30 meter diameter met hetzelfde openvouwbare tentprincipe. Wil men internationaal wel aan de openvouwbare koepel? Bettonvil, voorzichtig: Er is wel degelijk de wil om open te kijken naar nieuwe ideeën om de beelden van ongekend hoge resolutie ook inderdaad te verkrijgen met de EST, die een veel grotere spiegel zal hebben dan alle bestaande zonnetelescopen. Tot die kansrijke nieuwe ideeën hoort zeer zeker de geheel openvouwbare tentkoepel. We dragen een gedachte uit, een richting waarin we allemaal geloven. Er komt nu een grote meeting in Madrid waar we gaan beslissen. [Noot: In de meeting is inderdaad besloten door te gaan met de openvouwbare tentkoepel met een diameter van 28 meter.] Tenslotte, meneer Hammerschlag, wat doet u tegenwoordig? Hammerschlag kijkt vies. Vervelende dingen, zoals geld aanvragen en zo. En in uw vrije tijd? Zijn gezicht klaart op. Achter een tekenbord staan, ontwerpen, zijn de leuke dingen die ik doe. Daarom leven we nog. Informatie over de DOT: