Funkelnde Sterne, weit entfernte Galaxien oder die Ringe des Saturns: Mithilfe eines Teleskops sind wir in der Lage, in die Weiten des Weltalls zu blicken. Damit das funktioniert, ist jedoch ein hochpräzises Zusammenspiel modernster Technik nötig. Denn schon kleinste Abweichungen in der Optik entscheiden darüber, ob das Universum gestochen scharf oder nur verschwommen erscheint. An der Hochschule Landshut arbeitet derzeit ein Team am Aufbau einer neuen Sternwarte für Lehrzwecke. Herzstück ist ein Newton-Teleskop mit einem 400 mm großen Parabolspiegel und einer Brennweite von 1600 mm. Die spezielle Parabolform sorgt dafür, dass Licht aus großer Entfernung optimal gebündelt wird und damit extrem weit entfernte Objekte wie Sterne, Planeten oder Galaxien mit höchster Auflösung abgebildet werden können. Dabei bewegen sich die Anforderungen an die Formgenauigkeit in extremen Dimensionen: So beträgt der Unterschied zwischen einem einfachen sphärischen (d.h. kugelförmigen) Spiegel und einem professionellen Parabolspiegel dieser Größe lediglich rund 6 Mikrometer – etwa ein Zehntel der Dicke eines menschlichen Haares.
Technisch anspruchsvolle Forschung unter realen Bedingungen
Um sicherzustellen, dass die Spiegeloberfläche durch die Befestigung nicht verformt wird und auch im eingebauten Zustand ihre optimale Form behält, entwickelte Guido Reinfurt, Student im Masterstudiengang „Applied Research in Engineering Sciences (M‑APR)“, ein innovatives optisches Messsystem. Dabei vermisst er die Oberfläche des Spiegels aus mehreren Metern Entfernung und überprüft seine Abbildungseigenschaften. „Gerade bei großen Optiken ist es entscheidend, die Qualität nicht nur im Labor, sondern auch unter realen Einsatzbedingungen zu analysieren“, erklärt sein Betreuer Prof. Dr. Christian Faber von der Fakultät Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen. „Das ist technisch anspruchsvoll – und genau hier setzt die Arbeit von Herrn Reinfurt an.“ Das Projekt baut auf Wissen aus zwei vorangegangenen Forschungsarbeiten von Reinfurt auf, in denen er sich bereits mit den neuesten Entwicklungen in der Kameratechnik sowie der speziellen optischen Messtechnik der phasenmessenden Deflektometrie beschäftigt hatte. In seinem jetzigen dritten Projekt, das gleichzeitig seine Masterarbeit bildet, bringt er diese Erkenntnisse nun direkt in die Anwendung. Dabei gelingt es ihm, diese Ansätze zusammenzuführen und entscheidend zu verbessern.
Exakte Kalibrierung und unberechenbare Bedingungen im Freien als Herausforderung
Eine zentrale Herausforderung liegt hier in der exakten Kalibrierung des Messsystems. „Die Kalibrierung ist das Herzstück. Sie ist mathematisch anspruchsvoll und muss hochgenau sein, sonst sind alle späteren Messungen unbrauchbar“, so Reinfurt. Durch eine neu entwickelte Methode (der sogenannten „Triangulation mit anschließender Punktwolken-Registrierung statt einfacher Kamera-Resektion“) schafft es Reinfurt, die Qualität der Kalibrierung deutlich zu verbessern. Doch nicht nur die Theorie stellte hohe Anforderungen: Die Messungen fanden im Freien statt und damit unter realen, teils unberechenbaren Bedingungen. Für die notwendige Genauigkeit mussten jedoch zahlreiche Aufnahmen mit speziellen, zueinander verschobenen Sinusmustern gemacht werden. „Da reicht schon ein Windstoß, ein kurzer Regenschauer oder einfach eine Wespe, die durchs Bild fliegt, und schon ist die Messung unbrauchbar“, berichtet Reinfurt. „Solche In-Situ-Messungen im Freien sind eben eine ganz besondere Herausforderung. Angewandte Wissenschaft besteht schließlich nicht nur aus Theorie, sondern auch aus Praxiserfahrungen.“
Fachvortrag auf der DGaO-Konferenz als besonderer Erfolg
Trotz dieser Herausforderungen konnte das System am Ende überzeugen. Die Messungen ermöglichten es, das Abbildungsverhalten des Teleskopspiegels präzise vorherzusagen und erfolgreich mit realen Aufnahmen zu vergleichen. Diese Ergebnisse führten für Reinfurt schließlich zu einem besonderen Erfolg: Der ursprünglich als Poster geplante Beitrag wurde für die 127. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für angewandte Optik (DGaO) Ende Mai in Hamburg direkt als Fachvortrag angenommen. „Dass die Arbeit in dieser Form gewürdigt wurde, zeigt, welches Potenzial in unseren Studierenden steckt und dass man schon im Rahmen eines Masterstudiums zu anspruchsvollen Fragestellungen der aktuellen Forschung aktiv beitragen kann“, betont Prof. Dr. Faber.
Praxisnahe Forschung im M‑APR-Studium
Das Projekt ist Teil des interdisziplinären Engagements der Hochschule Landshut rund um die neue Sternwarte. Der weitere Aufbau erfolgt durch eine Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Jürgen Giersch und Prof. Dr. Christian Faber von der Fakultät ET/WI (Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen) sowie Prof. Dr. Andreas Hauptner von der Fakultät GKM (Gesundheit Kommunikation Mensch-Technik-Interaktion). Für Studieninteressierte zeigt das Beispiel eindrucksvoll, wie praxisnah und forschungsorientiert das Masterprogramm M‑APR ist. So arbeiten Studierende nicht nur theoretisch, sondern entwickeln Lösungen für reale Fragestellungen – mit direkter Anwendung und Sichtbarkeit in der Fachwelt. „Für mich war besonders spannend, dass ich meine eigenen Ideen einbringen und direkt umsetzen konnte“, fasst Reinfurt zusammen. „Zu sehen, dass die Ergebnisse dann auch auf einer Fachkonferenz Interesse stoßen, ist natürlich ein besonderes Highlight.“
Weitere Informationen zum Masterstudiengang „Applied Research in Engineering Sciences (M‑APR) unter: Master of Applied Research in Engineering Sciences.
Fotos: Hochschule Landshut
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