ASA Spiegelhalterung für präzise Lasermessungen in der Atmosphäre

Die Firma ASA Astrosysteme ist spezialisiert auf hoch präzise optische Nachführsysteme und fertigt unter anderem Sonderkonstruktionen für wissenschaftliche Anwendungen. In Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie (Institut für Meteorologie und Klimaforschung - Atmosphärische Umweltforschung - IMK-IFU) realisiert ASA Astrosysteme eine softwaregesteuerte und sehr präzise Spiegelhalterung für den Sendespigel eines neuen LIDAR-Projekts auf der Zugspitze in Deutschland. Der Durchmesser des Sendespiegels beträgt 0.5 m, um den auf knapp 0.3 m Durchmesser aufgeweiteten Hochleistungslaserstrahl (350 W bei 308 nm Wellenlänge) verlustfrei um 90 Grad umlenken zu können, der dann vertikal in die Atmosphäre gerichtet wird.

Lidar (Light detection and ranging) ist eine Methode mittels derer mit einem starken Laser Abstands- und Geschwindigkeitsmessungen vorgenommen werden können, aber auch atmosphärische Parameter aus der Ferne ermittelt werden können. Das Instrument sendet Laserimpulse aus und detektiert das in der Luft zurückgestreute Licht. Aus der Laufzeit der Signale und der Lichtgeschwindigkeit wird die Entfernung zum Objekt berechnet.

Die Firma ASA Astrosysteme realisierte für das Lidar-Projekt eine Spiegelhalterung mit Winkelverstellung: Die Halterung erlaubt die motorisierte Bewegung des schweren 0.5-m-Planspiegels um +/-3 Grad sowohl in Azimut als auch Elevation. Die Bewegung kann entweder über Software (von ASA / Dipl. Phys. Philipp Keller entwickelt) oder einem externen Eingabegerät gesteuert werden. Die Software erlaubt eine individuelle Parametrisierung und diverse Einstellungen wie zum Beispiel: Geschwindigkeit, Auflösung, Winkel und Endanschlag.

Somit lässt sich der in die Atmosphäre gerichtete Laserstrahl sehr präzis parallel zur ebenfalls vertikal ausgerichteten Achse des Empfangsteleskops stellen. Das Teleskop auf der Zugspitze hat einen besonders großen Hauptspiegel mit 1.5 m Durchmesser (Vertrieb: Philipp Keller) und erlaubt somit zusammen mit der hohen Laserleistung empfindliche Messungen des primären Treibhausgases Wasserdampf erstmals bis in über 30 km Höhe sowie Temperaturmessungen bis knapp 100 km.

Das Projekt wird aus Mitteln des Bayrischen Umweltministeriums finanziert.

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