Роботизированный телескоп — это астрономическая телескопическая и детекторная система, которая производит наблюдения без вмешательства человека . В астрономических дисциплинах телескоп считается роботизированным , если он производит эти наблюдения без участия человека, даже если человек должен инициировать наблюдения в начале ночи или заканчивать их утром. Он может иметь 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 на долю роботизированных наблюдений приходилось подавляющее большинство опубликованной научной информации об орбитах и открытиях астероидов, исследованиях переменных звезд, кривых блеска и открытиях сверхновых , орбитах комет и наблюдениях гравитационного микролинзирования .
Все ранние наблюдения за гамма-всплесками проводились с помощью роботизированных телескопов. [ необходима ссылка ]
Роботизированные телескопы — это сложные системы, которые обычно включают в себя ряд подсистем. Эти подсистемы включают устройства, которые обеспечивают возможность наведения телескопа, работу детектора (обычно это ПЗС- камера), управление куполом или корпусом телескопа, управление фокусером телескопа , обнаружение погодных условий и другие возможности. Часто эти различные подсистемы находятся под контролем главной системы управления, которая почти всегда является программным компонентом.
Роботизированные телескопы работают по принципам замкнутого или открытого цикла . В системе с открытым циклом роботизированная система телескопа наводится сама на себя и собирает свои данные, не проверяя результаты своих операций, чтобы убедиться, что она работает правильно. Иногда говорят, что телескоп с открытым циклом работает на вере, в том смысле, что если что-то пойдет не так, у системы управления нет возможности это обнаружить и компенсировать.
Система замкнутого контура имеет возможность оценивать свои операции посредством избыточных входов для обнаружения ошибок. Обычным таким входом будут позиционные энкодеры на осях движения телескопа или возможность оценки изображений системы, чтобы гарантировать, что она была направлена на правильное поле зрения , когда они были экспонированы.
Большинство роботизированных телескопов — это небольшие телескопы . Хотя крупные обсерваторские инструменты могут быть в высокой степени автоматизированы, немногие из них работают без обслуживающего персонала.
Роботизированные телескопы были впервые разработаны астрономами после того, как электромеханические интерфейсы к компьютерам стали обычным явлением в обсерваториях . Ранние образцы были дорогими, имели ограниченные возможности и включали большое количество уникальных подсистем, как в аппаратном, так и в программном обеспечении. Это способствовало отсутствию прогресса в разработке роботизированных телескопов на раннем этапе их истории.
К началу 1980-х годов, с появлением дешевых компьютеров, было задумано несколько жизнеспособных проектов роботизированных телескопов, и несколько из них были разработаны. Книга 1985 года « Микрокомпьютерное управление телескопами » Марка Трублада и Рассела М. Дженета стала знаковым инженерным исследованием в этой области. Одним из достижений этой книги было указание многих причин, некоторые из которых были довольно тонкими, по которым телескопы не могли быть надежно наведены с использованием только базовых астрономических расчетов. Концепции, рассматриваемые в этой книге, имеют общее наследие с программным обеспечением для моделирования ошибок монтировки телескопа под названием Tpoint , которое появилось в первом поколении больших автоматизированных телескопов в 1970-х годах, в частности, 3,9-метрового англо-австралийского телескопа .
В 2004 году некоторые профессиональные роботизированные телескопы характеризовались отсутствием креативности в дизайне и зависимостью от закрытого исходного кода и фирменного программного обеспечения . Программное обеспечение обычно является уникальным для телескопа, для которого оно было разработано, и не может быть использовано ни в какой другой системе. Часто программное обеспечение роботизированного телескопа, разработанное в университетах, становится невозможным для поддержки и в конечном итоге устаревает, поскольку аспиранты, которые его написали, переходят на новые должности, а их учреждения теряют свои знания. Крупные консорциумы телескопов или финансируемые правительством лаборатории, как правило, не имеют такой же потери разработчиков, как университеты. Профессиональные системы, как правило, характеризуются очень высокой эффективностью и надежностью наблюдений. Также наблюдается растущая тенденция к внедрению технологии ASCOM в нескольких профессиональных учреждениях (см. следующий раздел). Потребность в фирменном программном обеспечении обычно обусловлена конкуренцией за исследовательские доллары между учреждениями.
С конца 1980-х годов Университет Айовы находится в авангарде разработки роботизированных телескопов с профессиональной точки зрения.Автоматизированная телескопическая установка (ATF), разработанная в начале 1990-х годов, располагалась на крыше физического корпуса в Университете Айовы в Айова-Сити . В 1997 годуони завершили Iowa Robotic Observatory, роботизированный и удаленный телескоп в частной обсерватории Винера . Эта система успешно наблюдала переменные звезды и внесла свои наблюдения в десятки научных статей . В мае 2002 года они завершили телескоп Ригель. Ригель был 0,37-метровым (14,5-дюймовым) F/14, построенным Optical Mechanics, Inc. и управляемым программой Talon. [4] Каждый из них был шагом вперед к более автоматизированной и утилитарной обсерватории.
Одной из крупнейших современных сетей роботизированных телескопов является RoboNet , которой управляет консорциум британских университетов. Проект Lincoln Near-Earth Asteroid Research (LINEAR) — еще один пример профессионального роботизированного телескопа. Конкуренты LINEAR, Lowell Observatory Near-Earth-Object Search , Catalina Sky Survey , Spacewatch и другие, также разработали различные уровни автоматизации.
В 1997 году широкоугольный телескоп Robotic Optical Transient Search Experiment (ROTSE), названный ROTSE-I, начал работу в ручном режиме. Программные системы позволили полностью автоматизировать роботизированную работу в конце марта 1998 года, с первыми автоматизированными ответами на GRB 980326 от триггеров, полученных по сети координат GRB. ROTSE-I работал с тех пор и был первым полностью автономным роботизированным телескопом с замкнутым контуром, и использовался для ответов на GRB, рентгеновских транзиентов и изучения мягкого гамма-ретранслятора, переменных звезд и метеоров. Первый мгновенный оптический всплеск от GRB был обнаружен ROTSE-I для GRB 990123. Проект ROTSE-III включал четыре полуметровых телескопа, основанных на подходе к работе ROTSE-I, который начал работу в 2003 году. Они использовались в основном для последующего изучения GRB, а также поиска и изучения сверхновых. Именно с помощью наблюдений ROTSE-III были обнаружены первые сверхъяркие 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. Его первый свет на одном из широкоугольных инструментов появился в конце 2001 года. Вторая широкоугольная система была запущена в конце 2002 года. Эксплуатация замкнутого цикла началась в 2003 году. Первоначально целью RAPTOR была разработка системы наземных телескопов, которые бы надежно реагировали на спутниковые триггеры и, что еще важнее, идентифицировали переходные процессы в режиме реального времени и генерировали оповещения с указанием местоположения источника, чтобы обеспечить возможность последующих наблюдений с помощью других, более крупных телескопов. Он достиг обеих этих целей. Теперь [ когда? ] RAPTOR был перенастроен, чтобы стать ключевым элементом оборудования проекта Thinking Telescopes Technologies. [5] Его новым мандатом будет мониторинг ночного неба в поисках интересного и аномального поведения в постоянных источниках с использованием некоторых из самых передовых роботизированных программных обеспечений, когда-либо развернутых. Две широкоугольные системы представляют собой мозаику ПЗС-камер. Мозаика охватывает область приблизительно 1500 квадратных градусов до глубины 12-й величины. В центре каждой широкоугольной решетки находится одна система фовеа с полем зрения 4 градуса и глубиной 16-й величины. Широкоугольные системы разделены базовой линией 38 км. Поддержку этим широкоугольным системам оказывают два других рабочих телескопа. Первый из них — это каталогизирующий патрульный инструмент с мозаичным полем зрения 16 квадратных градусов до 16-й величины. Другая система — это .4m OTA с глубиной 19-20-й величины и покрытием .35 градуса. В настоящее время разрабатываются и тестируются еще три системы, а их развертывание будет проходить в течение следующих двух лет. Все системы установлены на изготовленных на заказ быстровращающихся креплениях, способных достичь любой точки в небе за 3 секунды. Система RAPTOR расположена на территории Национальной лаборатории Лос-Аламоса (США) и поддерживается за счет средств Лаборатории по направленным исследованиям и разработкам.
В 2004 году большинство роботизированных телескопов находились в руках астрономов-любителей . Предпосылкой для взрыва любительских роботизированных телескопов стала доступность относительно недорогих ПЗС-камер, которые появились 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 заниматься исследовательскими проектами в сотрудничестве с профессиональными астрономами. Главным мотивом разработки любительских роботизированных телескопов была утомляемость 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 Component Object Model Microsoft , который 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, которая интегрировала эти приложения, могла быть легко написана на Perl , VBScript или JavaScript . Пример 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 ASCOM, превратив его в набор кодифицированных стандартов интерфейса для бесплатных драйверов устройств для телескопов, ПЗС-камер, фокусировщиков телескопов и куполов астрономических обсерваторий. В результате любительские роботизированные телескопы стали все более сложными и надежными, в то время как стоимость программного обеспечения резко упала. ASCOM также был принят для некоторых профессиональных роботизированных телескопов.
Также в 1998 году Майкл Шварц построил обсерваторию Тенагра около Коттедж-Гроув, штат Орегон, с помощью роботизированного 14-дюймового (360 мм) телескопа Celestron Schmidt-Cassegrain . [6]
Тем временем пользователи ASCOM разрабатывали все более эффективные системы управления. Доклады, представленные на любительско-профессиональных семинарах по малым планетам (MPAPW) в 1999, 2000 и 2001 годах и на международных любительско-профессиональных конференциях по фотоэлектрической фотометрии в 1998, 1999, 2000, 2001, 2002 и 2003 годах, документировали все более сложные системы управления. Некоторые из возможностей этих систем включали автоматический выбор целей наблюдения, возможность прерывать наблюдение или перестраивать графики наблюдений для целей, автоматический выбор направляющих звезд и сложные алгоритмы обнаружения и исправления ошибок.
Разработка системы дистанционного телескопа началась в 1999 году, а первые тестовые запуски на реальном оборудовании телескопа состоялись в начале 2000 года. RTS2 изначально предназначалась для последующих наблюдений за гамма-всплесками , поэтому возможность прерывания наблюдения была основной частью ее конструкции. В ходе разработки она стала интегрированным пакетом 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 веб-интерфейс пользователя. RTS2 с самого начала была разработана как полностью открытая система, без каких-либо фирменных компонентов. Для поддержки растущего списка монтировок, датчиков, ПЗС и систем крыш она использует собственный текстовый протокол связи. Система RTS2 описана в статьях, опубликованных в 2004 и 2006 годах. [7]
Интерфейс Instrument Neutral Distributed Interface (INDI) был запущен в 2003 году. В отличие от ориентированного на Microsoft Windows стандарта ASCOM, INDI представляет собой платформенно-независимый протокол, разработанный Элвудом К. Дауни из ClearSky Institute для поддержки управления, автоматизации, сбора данных и обмена между аппаратными устройствами и программными интерфейсами.
Новейшим изобретением на потребительском рынке стали интеллектуальные телескопы. Это автономные роботизированные астрономические устройства для получения изображений, которые объединяют небольшой (диаметром от 50 мм до 114 мм) телескоп и монтировку с предварительно упакованным программным обеспечением, предназначенным для астрофотографии объектов дальнего космоса . [8] [9] [10] Они используют данные GPS и автоматическое распознавание звездных образов ( решение пластин ), чтобы выяснить, куда они направлены. У них нет оптической системы, которая позволяет пользователю напрямую просматривать астрономические объекты, а вместо этого отправлять изображение, полученное с течением времени, с помощью наложения изображений на встроенный цифровой дисплей (обычно имеющий форму обычного окуляра ) или на смартфон или планшет . Они поставляются с базой данных предварительно запрограммированных объектов, предварительно определенными процедурами получения изображений и программным обеспечением для мобильных приложений , которое позволяет конечному пользователю начать астрофотографию, как только телескоп будет настроен. Ими можно управлять удаленно, и они могут собирать серию изображений без присмотра. Они могут автоматизировать различные методы астрофотографии, включая « счастливую визуализацию » и « спекл-визуализацию ». [11] Конструкция системы формирования изображений в сочетании с относительно небольшой оптикой не является оптимальной для получения изображений планет или Луны. [12] Примерами могут служить модели французских компаний Unistellar и Vaonis. [13] [14]
Дополнительную информацию об этих профессиональных роботизированных телескопах смотрите ниже:
{{cite journal}}: Cite journal required |journal=( помощь ) предоставляет обзор работы телескопа через Интернет