"Telescope Drive Master" (TDM)

Diese Weltneuheit bietet anspruchsvollen Amateur-Astronomen erstmals die Möglichkeit mit vorhandenen Montierungen seeingbegrenzte Langzeitaufnahmen mittels Bogensekundengenauer Nachführung durchzuführen.

Hersteller: Meade
Marke: Meade

Mit dem Telescope Drive Master (TDM) wurde nun erstmals ein Gerät entwickelt, das die periodischen und aperiodischen Nachführfehler von Serienmontierungen korrigiert. Diese Fehler entstehen bei der Serienfertigung durch Toleranzen während des Fertigungs-und Montageprozesses.

Das Gerät besteht aus zwei Einheiten:

1. Ein Hochpräzisionsdrehgeber der ohne Zwischengetriebe direkt an die Rektaszenstionsachse geschraubt wird, und

2. Eine Steuerelektronikeinheit.

Funktionsprinip:

Die Steuereinheit empfängt vom Drehgeber an der RA-Achse Signale, die es mit dem eingebauten Quarz Oszillator vergleicht. Weicht die Winkelgeschwindigkeit der RA-Achse von dem Sollwert (Sterngeschwindigkeit oder durchschnittliche King-Geschwindigkeit) ab, sendet die Steuereinheit über den CCD-Eingang der Teleskopsteuerung ein Korrektursignal an das Teleskop. Auf diese Weise entsteht ein hochpräziser Regelkreis für die Drehgeschwindigkeit des Teleskops.

Vorteile des TDM

1. Reduziert die Nachführfehler der Montierung auf praktisch vernachlässigbare Werte. Das nachgeführte Objekt wird in der Regel (während 95% der Belichtungszeit) bei einer Belichtungszeit von 5-10 Minuten nicht mehr als +-0,5”( entspricht einem absoluten Wert von 1”) von seiner Sollposition auf dem CCD abweichen. (Die gegebenen Werte sind abhängig von der Objektposition am Himmel, dem verwendeten Montierungstyp und der Genauigkeit der Polausrichtung.)

2. Es ist normalerweise nicht notwendig ein Leitfernrohr oder einen Off-Axis guider zu verwenden.

3. Die Suche nach einem hellen Leitstern entfällt in der Regel (das vereinfacht automatische Bebachtungsprogramme außerordentlich).

4. TDM hilft bei der schnellen Datenerfassung wenn eine große Zahl von Objekten fotografiert werden soll, weil die Belichtung unmittelbar nach dem Zentrieren des Objektes gestartet werden.

5. Filter mit hoher Dichte (wie z.B. H-alpha) haben keinen Einfluss auf die Nachführgenauigkeit.

6. Die Bedienung des TDM ist außerordentlich einfach durch die automatischen Selbsttests.

7. TDM korrigiert automatisch alle Fehler der gesamten Antriebseinheit des RA-Antriebsstranges (zwischen Motor und RA-Achse), da der Drehgeber direkt ohne zusätzliche Elemente an der RA-Achse sitzt. Das bedeutet, daß der TDM ständig in Echtzeit die sehr langsame Drehbewegung der RA-Achse überprüft und Abweichungen sofort korrigiert wenn nötig.

8. TDM ist eine feldtaugliche unabhängige Einheit, die zum Betrieb weder PC noch andere externe Komponenten benötigt. Der Stromverbrauch des TDM ist mit unter 200mA auch beim netzunabhängigen Betrieb kein Problem.

9. Im TDM ist ein temperaturkompensierter, hochpräziser quarzgesteuerter Referenzsignalgeber eingebaut. Die Abweichungen der oft sehr einfach ausgeführten Quarzuhren in der Teleskopsteuerungen werden damit automatisch kompensiert.

10. Die Steuereinheit des TDM kann für verschiedenste Montierungen eingesetzt werden. Wenn Sie also die Montierung wechseln muß nur der mechanische Adaptersatz für die neue Montierung nachgekauft werden. Die TDM Grundeinheit kann weiterverwendet werden.

11. Obwohl der TDM ursprünglich als unabhängige Einheit für Belichtungszeiten bis zu 10 Minuten entwickelt wurde, ermöglicht Ihnen die vorliegende Weiterentwicklung ab TDM v2.0 die Einbindung einer CCD-Nachführsteuerung. Die hochstabile Grundgeschwindigkeit des TDM ermöglicht Ihnen dabei das Nachführen auf sehr schwache Leitsterne, was die Leitsternauswahl drastisch vereinfacht. In der Praxis werden so auch ohne hochempfindliche Guidingkameras genügend Leisterne erreichbar, da der TDM zwischen zwei Autoguiderimpulsen die Geschwindigkeit der Montierung genau regelt. So kann mit Autoguiderbelichtungszeiten von 10, 20 oder 30 sekunden gearbeitet werden, was in der Regel auch beim kleinen Gesichtsfeld eines Autoguiders zu einer ausreichenden Anzahl von Leitsternen führt.

12. Sie können mit Hilfe des TDM an Ihrem PC eine Getriebefehlerkurve direkt Ihrem Zimmer aufnehmen, ohne dafür klaren Himmel zu haben. Verbinden Sie dazu nur mit dem seriellen Kabel TDM und Computer, und starten Sie die Software „TDM-Monitor.exe“. Die Software kann hier heruntergeladen werden: www.telescopedrivemaster.com (www.meade.de/tdm).

TDM wurde unter besonderer Berücksichtigung der einfachen Bedienbarkeit entwickelt. So können die notwendigen mechanischen Adapter an viele kommerziellen Montierungen angebracht werden, ohne daß die Montierung dazu zerlegt werden muß. Der TDM selbst ist ein “Plug-and-Play” Gerät, das selbsständig nach dem Einschalten die wichtigsten Einstellungen herausfindet. Sie benötigen zum Betrieb keinerlei besondere mechanische oder elektronische Kenntnisse.

Grenzen der „Stand alone“-Anwendung des TDM

Auch wenn der Telescope Drive Master ein hochpräzises System ist, besitzt es seine Einsatzgrenzen:

1. Um den TDM sinnvoll einsetzen zu können, muß die Montierung sehr präzise ausgerichtet sein.

2. Es gibt keine optische Rückmeldung vom Objekt an das Teleskop. Um seine Stärken ausspielen zu können muß der TDM also eine steife Montierung als Basis vorfinden, die auch in der Lage ist nötige Korrekturen ohne Fehler durchzuführen. (Insbesondere kann der TDM nicht herausfinden, ob während der Belichtung veränderte Durchbiegungen auftreten, oder die RA-Achse aufgrund schlechter Lagerqualität „eiert“)

3. TDM eignet sich nicht für die Aufnahme von Objekten mit merkbarer Eigenbewegung wie zum Beispiel Kometen oder Planetoiden nahe beim Perihel).

4. TDM kann Effekte der differentiellen Refraktion nicht ausgleichen. Aus diesem Grund sind die möglichen Belichtungszeiten von der Position des Objektes am Himmel abhängig.

Die obigen Einschränkungen stellen jedoch in der Praxis nur selten ein wirkliches Hindernis dar. Die Gründe dafür listen wir hier auf:

Ad 1. Moderne Scheinermethoden wie das WebCam-Scheinern oder die quantitative Scheinermethode mit dem Messokular machen diese Aufgabe heute erheblich einfacher als früher. Einen Überblick der besten Methoden finden Sie auf www.telescopedrivemaster.com

Ad 2. Es macht sicher keinen Sinn ein präzises und hochwertiges Gerät wie den TDM mit entsprechendem Preis an eine Low-cost Montierung anschließen, deren Stabilität und Qualität sich gar nicht zur Fotografie eignet. Gleichzeitig wird der Preis des TDM bei der Anschaffung einer präzisen Montierung nur einen Bruchteil des Anschaffungspreises ausmachen.

Ad 3. Die Anzahl der Objekte mit merkbarer Eigenbewegung ist gegenüber der hohen Zahl von Objekten, die mit dem TDM erreicht werden können, vernachlässigbar.

Ad 4. Differentielle Refraktion ist eine Fehlerquelle, die in der Regel nur bei Objekten in Erscheinung tritt, die sich nahe am Horizont befinden. Ab einer Horizontdistanz von 30-40° ist der Einfluss der differentiellen Refraktion auch bei kritischen Qualitätsanforderungen in der Regel vernachlässigbar klein. Niedrigere Objekte werden oft auch wegen der dort herrschenden Dunst –und Seeingprobleme wenig fotografiert. Der TDM wurde für Einzelbelichtungszeiten von 5 bis 10 Minuten und Brennweiten von maximal 2-3m entwickelt. Für weitergehende Anforderungen muß zusätzlich zum TDM ein Autoguider eingesetzt werden. Diese Kombination von Autoguider und TDM läßt dann aber auch für lange Belichtungszeiten keine Wünsche offen.

Wem kann der TDM empfohlen werden, beziehungsweise wer kann den TDM gewinnbringend einsetzen?

1. TDM ideal für Astrofotografen, die einfach und unkompliziert eine große Anzahl von Aufnahmen pro Nacht in verschiedensten Teilen des Himmels machen wollen. (zum Beispiel Supernovaüberwachung, Kometen/Kleinplanetensuche, Fotometrie von Veränderlichen etc.)

2. Amateurastronomen, die eine große Zahl kurz belichteter Bilder von einem Objekt aufnehmen wollen, die dann im Rechner weiterverarbeitet werden.

3. Astronomen, die einen dauerhaften Aufstellungsplatz für ihr Gerät besitzen, und dieses fest aufgestellte Gerät gut ausgerichtet haben.

4. TDM ist sehr hilfreich für den Betrieb eines ferngesteuerten Teleskopsystems, bei dem bis jetzt die Suche nach geeigneten Leitsternen schwierig war, oder noch manuell durchgeführt werden musste.

5. Für Astroreisende, die zu ihrer Ausrüstung nicht noch zusätzlich ein Leitrohr mit Nachführccd mit auf die Exkursion nehmen wollen, insbesondere dann wenn die Ausrüstung mit Hand zum Beobachtungsort getragen werden muß bzw. im Fluggepäck Platz finden soll. Vorrausetzung ist allerdings die Bereitschaft, das Gerät sauber auszurichten.

6. Für Fotografen, die bei einer CCD-Kamera mit eingebautem Nachführchip einen Schmalbandflter einsetzen (z.B. H-Alpha). Da der Nachführchip ebenfalls durch das Filter blickt, reduziert sich die Helligkeit der Leitsterne drastisch – das kann durch die hohe Nachführtreue des TDM mit längeren Autoguider-Integrationszeiten ausgeglichen werden.

7. Wenn Sie einen sehr kleinen Nachführchip an einem kleinen Leitfernrohr einsetzen, der mit seinem kleinen Gesichtsfeld keinen hellen Leitstern sieht, haben Sie wieder die Möglichkeit mit dem TDM die Integrationszeiten heraufzusetzen, ohne die Qualität der Sternabbildung zu gefährden.

8. TDM bildet zusammen mit einer Seeinkorrektureinheit wie der AO-7/AO-8 das „dream Team“ für hochauflösende Astrofotografie: TDM beseitigt alle Fehler mit großer Amplitude, und die AO-X-Einheit korrigiert die Restfehler die hauptsächlich durch atmosphärische Störungen und mechanische Durchbiegungen verursacht werden!

9. Alle, die mit einem netzunabhängigen Setup arbeiten müssen, und deswegen nicht beliebig Strom zur Verfügung haben, sind mit der Kombination TDM (unter 200mA Stromverbrauch bei 12V) und DSLR in der Lage mit Batterien mittlerer Größe schöne Bilder zu machen, die sonst nur mit Nachführkamera möglich wären.

10. Alle, die mit den Getriebefehlern ihrer Mittelklassemontierung unzufrieden sind, aber nicht viele tausend Euro für eine Spitzenmontierung ausgeben wollen.

Einsatzgebiete, bei denen der TDM einen Nachführaufbau mit separater CCD nicht ersetzen kann.

1. Wenn Sie Einzelaufnahmen mit sehr langer Belichtungszeit machen wollen (z.B. 45-60 Minuten oder länger). Solche Belichtungen können sinnvoll sein, wenn Sie mit langen Brennweiten unter sehr dunklem Himmel arbeiten.

2. Wenn Sie Objekte mit merkbarer Eigenbewegung ablichten wollen, wie z.B. Kometen oder Kleinplaneten.

3. Wenn Sie nicht in der Lage sind, eine gute Polausrichtung der Montierung zu erreichen (bzw. nicht genügend Zeit dafür haben), oder wenn die Teile des Teleskopaufbaus nicht genügend starr zueinander montiert werden können (z.B. Tubusdurchbiegungen, Verkippungen der Kamera während der Belichtung etc.). Im letzteren Fall ist allerdings der Gesamtaufbau nicht fototauglich.

Es sollte aber angemerkt werden, daß auch in den aufgeführten Fällen die erheblich größere Leitsternauswahl durch mögliche lange Integrationszeiten des Autoguiders auch hier eine erhebliche Hilfe darstellen.

In welcher Kombination kann der TDM nicht eingesetzt werden?

Der TDM (ab Version 2.0) unterstützt den Einsatz eines Autoguiders. Dadurch, daß der Lauf der Montierung zwischen zwei Impulsen des Autoguiders vom TDM stabil gehalten wird, kann die Integrationszeit des Autoguiders sehr lang sein, was eine große Leitsternauswahl zur Folge hat. Es gibt allerdings zwei Ausnahmen:

1. Wenn Sie den Standard-ST4-Ausgang des TDM verwenden wollen (TDN Out 2) überträgt der TDM nur die Korrekturimpulse des Autoguiders für Rektaszension, nicht für Deklination. Der LX200 Ausgang überträgt alle Korrekturimpulse für alle Achsen.

2. Der TDM kann nicht eingesetzt werden, wenn ein zweiter Regelmechanismus im System ist, der seine Korrektursignale nicht über die CCD-Schnittstelle, sondern über z.B. eine serielle Schnittstelle sendet (z.B. Guiding per Webcam über den PC).

Falls Sie den Autoguider nicht einsetzen wollen, so wird dringend empfohlen den Autoguider auch aus dem TDM Eingang auszustecken. Verschiedene Autoguider lassen die Steuerausgänge auch bei ausgeschaltetem Gerät in einem undefinierten Zustand, was zu großen Problemen führen kann.

Warum ist TDM besser als PEC-Korrektur?

1. Obwohl die Mehrheit der qualitativ höherwertigen Montierungen mit der Möglichkeit versehen sind, periodische Fehler aufzuzeichnen und dann automatisch zu korrigieren, hält sich der praktische Nutzen dieser Fehlerkorrektur in Grenzen: Die Höhe und Gestalt des periodischen Getriebefehlers ändert sich mit Beladung, Position des Objektes am Himmel, Umgebungstemperatur und anderen Variablen. Will man das Optimum aus der Korrektur des periodischen Fehlers herausholen, muß beim Wechsel des Himmelsausschnitts ein neuer Lernzyklus gemacht werden, was mindestens so lange dauert wie eine Schneckenumdrehung der Montierung.

2. PEC (Automatische Korrektur der periodischen Fehler) ist nur in der Lage (wie der Name schon sagt) die periodischen Anteile der Getriebefehler zu kompensieren, vor allem den Fehler, den das Schneckengetriebe verursacht. Es gibt allerdings eine Reihe von Fehlern, die sich nicht wiederholen weil sie z.B. durch Schmutz im Getriebe oder einen kleinen Grat auf einem Schneckenzahn verursacht werden. Vor allem bei einfachen Montierungen fernöstlicher Produktion ist der Anteil der nichtperiodischen Fehler am Gesamtfehler sehr groß. Diese Fehler werden von der PEC-Software alle nicht erkannt und nicht korrigiert.

3. Da das PEC kein System ist, das aufgrund einer aktuellen Zustandsmeldung geregelt wird, sondern nur eine gespeicherte Folge von Korrekturimpulen abspult, kann es auch periodische Fehler dann nicht korrigieren, wenn deren Periode größer ist als die Erfassungszeit des PEC (in der Regel eine Schneckenwellenumdrehung). Die Antriebskette generiert jedoch durch das Zusammenspiel der verschiedenen Getriebearten auch länger periodische Fehler (Sogenannte Harmonische Fehler). Deshalb ändert sich der Verlauf der Fehlerkurve nach mehreren Schneckenumläufen gegenüber dem „Normal“ der gemessenen Schneckenumdrehung.

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