Automatización de un telescopio

Indice

Introducción

¿En qué consiste exactamente la automatización?

¿Qué necesito?

¿Qué obtengo?

¿Cómo consigo el material?

 


Introducción


Es estas páginas voy a describir la automatización de mi telescopio. No pretendo realizar generalizaciones porque cada equipo es un mundo. Simplemente voy a contar UN ejemplo. Es un caso real de un telescopio que está funcionando de forma automática.

Por cierto, todo lo que indico a partir de ahora es con carácter informativo. En otras palabras, no me hago responsable ni de las terceras personas que menciono ni de la utilización que se haga con lo que aquí expongo. En particular, la utilización de un telescopio con un posicionamiento automático puede llegar a ser peligrosa si se utilizan altas velocidades y la masa es apreciable. También puede ser peligrosa la utilización de 220V o la utilización de una batería de coche de 12V (ambas son posibilidades del sistema). En este último caso, pueden llegar a desarrollarse corrientes de cortocircuito de 300 A con riesgo de incendio. O sea, cuidado. Y a vuestro riesgo.

¿En qué consiste exactamente la automatización?

En mi caso, se parte de un telescopio normal, comercial, de las siguientes características: montaje ecuatorial alemán, con un sistema de seguimiento elemental mediante un motor acoplado al eje de ascensión recta (AR en lo que sigue), con un buscador de la Polar para la puesta en estación y con un tubo óptico de diámetro 200 mm, longitud focal 800 mm, con lo que la relación focal es 4.


Motor original de AR
Telescopio original, diámetro 20 cm . Motor AR original. Metro adjunto en cm.

Detalle del eje de AR. Puede verse el buscador de la Polar. A la derecha: detalle del eje DEC.

Detalle de la escala de latitud (fijada a 40,5º N)

 

La automatización consiste en poner dos motores paso a paso acoplados mediante reductores de tornillo a los ejes AR y Declinación (en lo sucesivo DEC). Estos motores se controlan a través del puerto paralelo de un PC portátil y mediante una tarjeta de interfaz de potencia a tales motores. Dicha tarjeta, básicamente, amplifica las señales del puerto paralelo y se las inyecta a los bobinados de los motores.

El núcleo de todo el sistema es el software. Utilizo el desarrollado por Mel Bartels y todo un grupo de personas, que llevan años mejorándolo. Este grupo ha formado un análogo en Internet y son de todas las partes del planeta. Hay actualmente unas 700 personas en él.

La dirección de la página de Mel Bartels es:

http://zebu.uoregon.edu/~mbartels/altaz/altaz.html

En ella se encuentran enlaces a casi todo. Es importante el enlace al grupo de trabajo

http://zebu.uoregon.edu/~mbartels/altaz/motorscopegroup.html y unirse a él.


Este software permite controlar los montajes ecuatoriales y los montajes dobsonianos, en que se controlan los ejes de altitud y azimut. En la lista siempre se habla de estos ejes, pero siempre es equivalente a los ejes DEC y AR, respectivamente.

Cuando el sistema funciona, hacemos lo siguiente para iniciar una observación astronómica:

1.- Ponemos en estación el telescopio (hablando de un ecuatorial) orientándolo cuidadosamente a la Polar.
2.- Escogemos una estrella brillante que esté más o menos en la intersección del ecuador celeste y nuestro meridiano. Apuntamos el telescopio a ella e introducimos en el programa sus coordenadas estelares (AR, DEC).

A partir de ahí el programa está orientado y "sabe" donde está.

Ya podemos introducir las coordenadas de cualquier objeto estelar y ordenar al programa que vaya allí. Tras un rato de movimiento de motores, el objeto estelar aparece en nuestro ocular...

El programa funciona en MSDOS y puede ser incluso arrancado desde diskette, partiendo de ordenador apagado. Es, además, gratuito, incluidos los fuentes.

Esta es la descripción super esquemática. El programa ha evolucionado a lo largo de los años y dispone de características muy complejas para utilizaciones también muy complejas. Dispone, por ejemplo, de "scripts" que simulan órdenes desde teclado. Podemos, por ejemplo, planificar toda una sesión de observación de diversos objetos estelares y guardarla en un fichero .scr (de "script"). Una vez el programa orientado, le decimos que lea el script y, pulsando un sólo botón del mando a distancia (por cable) iremos de un objeto a otro sin tener que despegar el ojo del ocular.

El programa debe funcionar en tiempo real, por eso la utilización del MSDOS. La ventaja es que las actualizaciones (aprox. una cada 15 días) son inmediatas.

Es importante el enlace
http://zebu.uoregon.edu/~mbartels/altaz/version.html . Muchas veces es la única fuente de todas las mejoras que introduce Mel en el programa y la única documentación organizada al respecto.

La desventaja es que hay que utilizar un portátil (aunque puede ser de segunda mano, a partir de un 486). Existe una gran cantidad de ficheros en los archivos del grupo mencionado, con muchos objetos estelares codificados por sus coordenadas. Ir a un objeto es algo tan sencillo como cargar un fichero y escoger el objeto. El programa "va" a ese objeto inmediatamente.

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En definitiva,
¿qué necesito?

- Un telescopio (en mi caso son de 144 dientes en AR y 120 dientes en DEC para una revolución de cada eje).
- Dos motores paso a paso (en mi caso, son de 200 pasos/revolución, unipolares, de 5V/5 ohmios nominales y 1 A).
- Dos reductores de tornillo para acoplamiento a los ejes de AR y DEC (en mi caso proporcionan una reducción de 20:1).
- La interfaz de amplificación con el mando a distancia por cable.
- Un ordenador portátil (en mi caso un IBM Thinkpad 760E con un Pentium 133 Mhz, 64 MB RAM). Es suficiente un 486 a 66 MHz y 16 MB RAM, con puerto paralelo y puerto serie. De segunda mano no salen mal de precio.

AcoplamientoDec DetalleEjeDec

Motor de Declinacion Otra vista del motor de Declinación. Se observa el piñón en color cobre.

EjeDec EjeDec_2

Motores de Declinación (arriba) y AR. Vista ampliada del motor DEC. Véanse los discos de acero para aumentar la inercia.

ReductoraEjeDec DetalleEjeAR

Tornillo (negro) y piñón (cobrizo) del eje AR Otra vista del eje de AR con el tornillo acoplado al eje del motor..

AmpliMando

Mando a distancia (negro) y caja de potencia



¿Qué obtengo?

Aparte de lo ya indicado, se obtiene una resolución en seguimiento muy alta y una buena precisión en el apuntamiento automático. En este último apartado, el software tiene previstas una serie de correcciones de errores mecánicos del telescopio. Una vez realizadas, se pueden conseguir errores del orden de minutos de arco en apuntamientos apartados 180º entre sí.

En cuanto a la resolución, hagamos unos números con los datos de mi telescopio. Veamos qué representa un paso en segundos de arco.

360º son 1,296.000 segundos (360x60x60). Ésto, en pasos, es en AR: 200 (pasos/rev) x 20 (reductora) x 144 (dientes/360º), es decir, 576.000 pasos en 360º. Por tanto, un paso son 2,25 segundos de arco. En DEC se sustituye 144 por 120 y se obtiene 2,7 segundos de arco.

Pero, y ahora viene lo bueno, el software es capaz de dividir un paso en 10, 20 ó 40 micropasos. La elección depende del usuario, existiendo un equilibrio entre calidad del motor y máxima velocidad que queramos obtener. En mi caso, el óptimo del conjunto me llevó a 20 micropasos/paso, con lo que obtengo una resolución de 2,25/20= 0,1125 segundos de arco. Este valor es importante a la hora del seguimiento de un objeto estelar, tanto para fotografía como para visualización a grandes aumentos. En mi caso no se aprecia la naturaleza de "salto" de los micropasos. El seguimiento es totalmente fluido.

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¿Cómo consigo el material?

Respecto del
telescopio no digo nada de dónde conseguirlo. Hay muchas tiendas, muchos precios...

En cuanto a sus características: newtoniano (dobson o ecuatorial), refractor... depende de lo que queráis. Por ahí recomiendan que para observación planetaria y solar, mejor un refractor. Para observación estelar y de galaxias, un newtoniano. Para fotografía de planetas, un refractor en ecuatorial. Para fotografía de galaxias un newtoniano en ecuatorial. Pero ésto lo puede hacer también un dobsoniano automatizado (menor precio). Luego, dentro de cada tipo, el diámetro de las lentes o espejos...La regla es: cuanto mayor diámetro mejor (pero más caro). Luego viene la focal. ¿Qué focal escojo? Aquí otra vez los compromisos. Cuanto menor es la longitud focal, menor es la relación focal (f/D) y menor tiempo de exposición se necesita al hacer una fotografía. Pero... disminuye el campo libre de coma (en un newtoniano). También existen los Schmidt-Cassegrain, que arreglan lo del coma, pero tienen una relación focal muy alta...

Yo, como quería hacer fotografía de objetos de "espacio profundo", escogí un newtoniano en montaje ecuatorial. Y lo escogí de una relación focal baja (4) para no eternizarme con las fotografías, aunque ya sé que tengo bastante coma (en objetos difusos no se nota). Y como la cuestión del dinero me resultaba importante, me fuí a un 200 mm de diámetro, que es casi un mínimo para mi objetivo.

En cuanto a los
motores... Es una decisión difícil.

Lo más importante es acertar con el par motor adecuado a tu telescopio. Si es escaso, tendrás problemas de bloqueo del motor cuando intentes ir a alta velocidad de un objeto estelar a otro. Si es excesivo, tendrás un consumo eléctrico mayor del necesario.
El par motor necesario depende de la masa del telescopio, su distribución topológica y los rozamientos existentes. A priori, es muy difícil calcular todo ésto y decir "necesito tantos newton-metro". La solución es prueba y error o bien acudir a alguien que haya tenido experiencias anteriores con tal telescopio y tal motor. Una vez encontrado el motor, hay que comprarlo... Y aquí hay unas diferencias de precio abismales, sobre todo si lo compras nuevo. Yo lo compré de segunda mano. Volveré a ello un poco más adelante.

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Otro punto delicado es la
reductora que utilices. Debe ser de alta precisión. Y estas sí que son caras. El tipo depende totalmente del montaje de telescopio que tengas. Y son necesarias porque permiten multiplicar el par motor y aumentar la resolución. Una reductora de factor R de reducción consigue que un par motor M sea MxR y que un motor de P pasos/revolución sea de PxR pasos/revolución.

En estos dos puntos me atasqué un cierto tiempo (motores y reductora) hasta que encontré una página web en que mostraban una foto exacta de mi telescopio e indicaban que disponían de motores de segunda mano, reductoras y el acoplamiento mecánico necesario para mi telescopio. Todo a un precio razonable.

Me embarqué en ello, comprándolo por correo mediante un giro postal al honor. Resultó bien. La persona que hizo la web y que realiza estas adaptaciones resultó ser seria, honrada, eficaz y agradable. Es decir, una rara avis. Luego ha resultado que está en el grupo "scope-drive" que he mencionado más arriba y es una persona bastante activa en él. La gente en este grupo suele ser bastante seria, participativa y con una buena afición. La edad media debe ser bastante alta (fácil por encima de los 40) y con experiencia.

La persona que he mencionado se llama Lenord Stage y su página web se encuentra en

http://gototelescopes.com

En cualquier caso, se encuentra también referenciada en la página web de Mel Bartels (que es otra persona seria, agradable y con mucha paciencia).

Si pedís los elementos a Lenord, tened en cuenta que os va a enviar motores de segunda mano. Como estas cuestiones no las entiende la Aduana a la recepción del paquete, os intentaría cobrar impuestos. No es legal. Es solo legal con productos nuevos. Por tanto, la mejor solución es que os envíe el paquete como "gift" (o sea, regalo). Además, le meteríais en un problema, porque tendría que emitir una factura. Y el hombre no gana nada, lo hace prácticamente al coste de los materiales...

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Bueno, ahora toca la
placa de potencia.

Aquí hay varias posibilidades. Pedírsela a Mel Bartels, al costo, pedírsela a Rafael González o construírsela uno mismo.

Si escogéis la primera opción, hay que ir al enlace

http://zebu.uoregon.edu/~mbartels/altaz/pcb.html donde se dan detalles.

Si escogéis la segunda opción, hay que ir al enlace http://es.geocities.com/astrorafael/motorscopio donde se dan también detalles de construcción (en español).


Si escogéis la tercera opción (cosa que yo hice) debéis tener conocimientos de electrónica para realizarla. Se puede realizar en veroboard, cableando las pistas (exactamente lo que yo hice) o bien fabricándose el circuito impreso.

En cualquier caso, como tengo algunos conocimientos de este tema, voy a contaros todo lo que sé respecto al funcionamiento del circuito y algunas mejoras que le he hecho. Para ello picad en el enlace Circuito de Potencia.

Ordenador portátil.

Por supuesto, uno podría usar un PC de sobremesa... si tuviese 220V en el campo, salvo que montéis el sistema en casa o, ya en el colmo de la elegancia, montéis vuestra propia cúpula.

Tanto el diseño de la placa de potencia como el uso del portátil están realizados para usarlos con una batería de 12V, en la hipótesis que nos vamos al campo con todos los trastos para alejarnos de la polución lumínica (en invierno abrigáos mucho mucho y en verano, abrigáos y loción anti-bichos).

Como ya he indicado anteriormente, es suficiente un 486 a 66 Mhz y 16 MB RAM. Yo utilizo un IBM Thinkpad 760E con Pentium 133 Mhz, 64 MB RAM y 2 GB de disco duro, 1 puerto paralelo (esencial) y dos puertos serie (al menos uno) de segunda mano. Tiene puerto PS2 para el ratón (muy conveniente).

Es bastante importante que la batería esté bien (alternativamente hay que saber exactamente qué tensión de alimentación necesita en contínua, por ejemplo 6,3V ó 12,0V ó 14,4V).

Si el ordenador está completo, necesitaremos un "inversor" que genere 220V alterna a partir de 12V para colocar el cargador del portátil. Alternativamente, inyectaremos al PC la tensión contínua que precisa. En este caso es mejor que sea menor o igual de 12V. Lo ideal serían 12V. Así no habría que adaptar nada desde la batería (salvo un fusible de seguridad).

Estos "inversores" son lo que venden en las tiendas de informática como "Sistemas de Alimentación Ininterrumpida" o con las siglas SAI ó UPS. Los más baratos generan los 220V como una onda cuadrada (suficiente para el portátil). Los más caros generan una onda "senoidal", que es lo suyo. Los intermedios generan una onda "cuasisenoidal" que es un tren de onda cuadrada modulado en el tiempo y que genera una corriente senoidal sobre carga inductiva. Cualquiera de los tres tipos sirve para el portátil.

Si no conocéis tiendas de segunda mano, os adjunto un enlace a la tienda donde yo compré el portátil. Son bastante serios y dan garantía de 1 año. A mí, por ahora, no me ha fallado.

www.aws.es

En cualquier caso, no me hago responsable de esta tienda. Es un "tercero". Os indico la información, simplemente.

Lo último es la
batería. Suponiendo un consumo medio de 5 Amperios con todo (telescopio y ordenador) y 6 horas de observación, se puede comprar una batería de coche de 12V y unos 30 Ah (amperios-hora). El cálculo es, sencillamente 30 Ah= 5A x 6h. En el grupo "scope-drive" recomiendan baterías marinas, de las que se usan en los barcos, de tipo "ciclo profundo". Mucho me temo que ésto es una monada "made in USA". Parece ser que mantienen mucho mejor la tensión hasta que se agota totalmente la carga.

El siguiente paso es ir al capítulo de ajustes. Podéis picar lo subrayado o en el índice de la izquierda (ajustes).

Si queréis volver al principio de esta página, picad aquí.


FIN DEL CAPITULO DE AUTOMATIZACION