Dat is voor dr.ir. Rob Hammerschlag geen vraag. Hij zette op La Palm

De open zonnetelescoop, een innovatie die navolging krijgt?
Dat is voor dr.ir. Rob Hammerschlag geen vraag. Hij zette op La Palma de Dutch Open
Telescope (DOT) neer; een zonnetelescoop rustend op een stalen open toren van 15
meter hoog. De wind die door de open constructie waait, verwaait de hete opstijgende
lucht die anders de waarneming verstoort en zorgt voor ongekend scherpe beelden van de
zon. We bezoeken Hammerschlag en opvolger Felix Bettonvil bij de Universiteit Utrecht,
waar hij jarenlang in de kleine uurtjes, als de werkplaats vrij was, zijn geesteskind
vervolmaakte. Hammerschlag: ‘Het is bekend dat innovatie alleen lukt via
kronkelweggetjes.’
Wegens een verhuizing bivakkeren de astronomen in een voormalige informaticacollegezaal. Aan de muur een groen schoolbord, lichtbakken boven lege tafels, een rijtje
ordners in een metalen kastje tegen de verwarming, we zitten een beetje verloren in de
ruimte. Bettonvil met een armzwaai: ‘Je mag één bureau en één kastje met je belangrijkste
spullen meenemen. Ik vind het wel wat hebben, zo’n studentikoze omgeving.’
Dutch Open Telescope
Het idee achter de DOT: voor het bereiken van het hoogste oplossend vermogen moeten
telescopen vrij worden opgesteld. Temperatuurfluctuaties in de omringende lucht,
veroorzaakt door nabije objecten met enigszins afwijkende temperatuur, geven
beeldonscherpte. Niet alleen een open opstelling, maar ook wind vermindert de
temperatuurfluctuaties. Daarom moeten astronomische telescopen – vaak gelegen in
berggebieden – ook bij harde wind werken. In geval van regen, een omringende wolk,
ijsafzetting of storm, moet er een beschermende behuizing over de telescoop komen.
Daarom zijn telescopen altijd in koepels ondergebracht die alleen tijdens waarnemingen
deels opengaan. Een revolutionaire oplossing is een openvouwbare tentconstructie die
tijdens de waarnemingen helemaal open kan, gebaseerd op het spannen van tentdoek
tussen beweegbare, maar toch stijve bogen. De tentdoekdelen worden zadelvormig
gespannen voor maximum stabiliteit tegen wind.
We nemen plaats aan Felix Bettonvils ene bureau. ‘Rob loopt hier ergens rond, laten we
maar vast beginnen.’
Okee. Je bent de opvolger van Rob Hammerschlag?
‘Collega en opvolger. Ik kwam erbij in 1992. Rob had toen net subsidie van STW gekregen
en zocht een werktuigbouwer. Ik zag hem vaak assembleren aan de telescoop in de
werkplaats van de Technische Universiteit Delft, ben zelf fervent amateurastronoom, en
toen las ik de advertentie. Dat paste perfect. Ik werk nu voor 20% op het project,
daarnaast ben ik betrokken bij het European Solar Telescope-project (EST), een groot
Europees project voor een nieuwe telescoop.’
Open of gesloten dome
Hoe was het werken aan de DOT?
‘Hard werken, maar de uitdaging was enorm. De basis ligt in de jaren ‘70, toen waren Rob
en hoogleraar zonnefysica Kees Zwaan al betrokken bij het zoeken naar een plek voor
een goede zonnewacht in internationaal verband. Zij kwamen uit bij een vulkanisch eiland,
daar kun je een telescoop op een bergtop zetten, boven de wolken, ideaal. Bij het bouwen
van de masten kwam vervolgens het inzicht van het open model.’
Wat is het verschil met een gesloten model?
Doceert: ‘Telescopen met een gesloten dome, zoals dat heet, ondervinden
temperatuurverschillen van de lucht nabij de opening in de dome waardoorheen de
telescoop kijkt. De zon verwarmt de dome van buiten en dat geeft warme lucht boven de
opening. Er wordt wel gezocht naar een oplossing door koelen van de domewand naar
precies de temperatuur van de buitenlucht, die de wind brengt. Dit koelen geeft
problemen. De hoek waaronder het zonlicht straalt op de wand varieert over de koepel en
ook met de tijd door het bewegen van de zon aan de hemel. De schaduwzijde ontvangt
geen zonnestraling en zal zonder maatregelen juist te koud worden als de koepel met een
koelhoudende witte en infrarood stralende verf is geschilderd. Titaniumdioxide is een
verfpigment met deze eigenschappen. Nog moeilijker is het om de domewand de
temperatuurvariaties van de met de wind aankomende lucht te laten volgen. In een
kwartier tijd kan de luchttemperatuur meerdere graden veranderen bij toch goede
zichtomstandigheden voor scherpe beelden. Dus als ze goede zonnewaarnemingen willen
met een gesloten dome, moeten ze werken met dure, energie verslindende en
foutgevoelige koelapparatuur. Daarnaast moet een gesloten dome heel stevig gebouwd
worden om geen schade op te lopen bij het zware weer dat bovenop de bergtop voorkomt.
De geheel openvouwbare koepel met tentdoek lost dit laatste probleem op door
ingebouwde flexibiliteit, waardoor de optredende piekkrachten worden beperkt bij zwaar
weer.’
Stormen en zo?
Knikkend: ‘We bouwden een tweede wat groter prototype van de geheel openvouwbare
dome voor de zonnetelescoop GREGOR op Tenerife. We hebben daar een storm voor
onze kiezen gehad met pieken van 245 km per uur. Dan raken de stoeptegels van 50 bij
50 centimeter los van de grond hoor. Meerdere telescopen hadden schade opgelopen, wij
niet.’
1,5 miljoen gulden
Hammerschlag arriveert, hangt zijn jas over de dichtstbijzijnde stoel. ‘Jullie hebben het
over de constructie? Fantastische utilisatie!’
Bettonvil: ‘Ik vertelde net over de storm.’
Hammerschlag: ‘Ja, dat is een goede graadmeter voor telescopen. Als ze gaan schudden
bij wind kun je ze niet meer gebruiken. Daaruit kwam het inzicht van onze wind
doorlatende en toch zeer stijve constructies voor telescopen. En het inzicht, als nog een
windbescherming van apparatuur aan de telescoop nodig is, dan is de beste oplossing
een halfdoorlatend windscherm van speciale constructie met verticale spleten.’
Hoe kreeg u de constructie zo stevig?
‘De vorm van de staven en de knooppunten was de basis. Als je een begin hebt, kom je
verder.’ Peinzend: ‘Elk jaar spaarden we wat geld, daarmee kon ik in de werkplaatsen van
Delft en Utrecht de bouw van de telescoop beginnen. In 1990 gingen Kees Zwaan en ik bij
STW praten, bij toenmalig directeur Kees le Pair.’ Met een grinnik: ‘Le Pair zei: “Het komt
er niet op aan of u gelijk heeft, maar of u gelijk krijgt.” Gelukkig was de jury die de
voorstellen beoordeelde, positief. Van STW kregen we 1,5 miljoen gulden voor de verdere
ontwikkeling van de telescoop. Oorspronkelijk wilden we de telescoop open laten en alleen
de optische delen met deksels beschermen tegen slecht weer. Pas in een laat stadium, bij
het zoeken van de precieze locatie op La Palma, werden wij door daar op de Sterrenwacht
werkende Nederlanders gewaarschuwd voor het extreem slechte weer, dat af en toe op de
berg kan optreden: snelle gigantische ijsafzetting van wolken onder nul graden en
windsnelheden van meer dan 200 km per uur. Dus besloten we pas op het laatst tot de
bouw van het eerste prototype van de openvouwbare tent, dat nog net lukte uit de
verleende subsidie.’
Op z’n houtje-touwtjes
Hoe kwam u op het idee voor een afsluitende tent?
Hammerschlag: ‘Samen met de bedrijven in de gebruikerscommissie. Daar is kennis
uitgewisseld die niet in een getalletje is uit te drukken. Tandwielen voor de telescoop
werden bijvoorbeeld ontwikkeld en gemaakt met de hulp van Bierens Machinefabrieken in
Tilburg. Van Hout aandrijf- en besturingstechniek in Eindhoven deed de servomotoren,
Van der Linden & Veldhuis Rubber in Vlaardingen maakte speciale rubberen slangen voor
de afdichting. Poly-Ned in Steenwijk maakte het tentdoek. Vele jaren eerder had het
European Southern Observatory (ESO) een proeftent gebouwd, maar volgens een ander
principe; die was opblaasbaar. Probleem was dat met dat principe de tent pas zijn stijfheid
en sterkte verkrijgt in geheel gesloten toestand. Al bij 20 km per uur wind was sluiten
levensgevaarlijk omdat in halfdichte toestand het doek door de wind werd gegrepen, het
sluitmechanisme dreigde te bezwijken en het doek zou kunnen wegwaaien. Voor de
astronomie wil je ook bij harde wind nog kunnen waarnemen en dus ook sluiten. Dus
moest er structuur komen in de tent, dat heb ik toen op z’n houtje-touwtjes zitten
berekenen, dat wil zeggen relatief eenvoudige analytische berekeningen. Die zijn minder
precies dan de gecompliceerde numerieke simulaties.’
Maar het werkte wel?
Hammerschlag, trots: ‘Ja, de analytische aanpak bleek wel goed globaal inzicht in de
constructie te geven. Poly-Ned had al het doek voor de ESO-proef met de opblaasbare
tent geleverd. Dat die proef niet lukte lag niet aan het doek. Maar die ervaring heeft
natuurlijk wel meegeholpen voor een goed inzicht en succes met de spanconstructie. In
1996 hebben we de mechanische constructie op La Palma opgebouwd, inclusief de tent.
In 1997 monteerden we de optiek en in oktober van dat jaar hadden we eerste beelden,
met eind oktober een bezoek van Prins Willem Alexander.’
Is er octrooi aangevraagd?
Octrooi hebben we tot nu toe niet aangevraagd, omdat de ontwikkeling in eerste instantie
is uitgevoerd voor wetenschappelijke telescopen, waarvoor de markt beperkt is. De kennis
van de stijve lagering en drijfwerken is na de DOT toegepast op de Swedish Solar
Telescope (SST), eveneens op La Palma. De koepel is met een verdere ontwikkeling
zoals dubbel doek voor een betere thermische isolatie toegepast bij de reeds genoemde
telescoop GREGOR. Het kan goed zijn, dat een bredere toepassing gaat plaatsvinden.
Dan zal er wellicht octrooi worden aangevraagd op niet voor de hand liggende
constructiedetails, die wel essentieel zijn voor het goede functioneren. Voor principieel
nieuwe zaken is het vaak in het begin te vroeg en ook moeilijk octrooi te verkrijgen.
Opvouwbare koepel ook internationaal
Wat brengt de toekomst?
Bettonvil: ‘Ik ben binnen het EST-project bezig te kijken of het openvouwbare tentprincipe
kan worden toegepast voor de koepel van deze nieuwe telescoop. Het betreft momenteel
een design studie voor een groot deel gefinancierd door de EU vanuit Brussel; daar
nemen instituten uit vele landen aan deel. Daarna moeten fondsen worden gevonden voor
het maken van eindontwerp met werktekeningen en bouw. In de design studie zijn wij
verantwoordelijk voor een aantal belangrijke onderdelen van de EST waaronder
telescoopstructuur en gebouw. Daarvoor reis ik regelmatig Europa door.’ Dat verklaart de
gebutste gele vliegtuigkoffer achter zijn stoel.
Hammerschlag: ‘We meten nu de windbelasting van de koepels bij DOT en GREGOR en
maken daar computermodellen van. Wind blijkt veel dynamischer dan gedacht. Binnen
enkele tienden van een seconde kan de windsnelheid een grote sprong maken, maar de
koepels houden zich daar prima onder.’
Bettonvil: ‘En we ontwerpen koepels van 20 tot 30 meter diameter met hetzelfde
openvouwbare tentprincipe.’
Wil men internationaal wel aan de openvouwbare koepel?
Bettonvil, voorzichtig: ‘Er is wel degelijk de wil om open te kijken naar nieuwe ideeën om
de beelden van ongekend hoge resolutie ook inderdaad te verkrijgen met de EST, die een
veel grotere spiegel zal hebben dan alle bestaande zonnetelescopen. Tot die kansrijke
nieuwe ideeën hoort zeer zeker de geheel openvouwbare tentkoepel. We dragen een
gedachte uit, een richting waarin we allemaal geloven. Er komt nu een grote meeting in
Madrid waar we gaan beslissen.’
[Noot: In de meeting is inderdaad besloten door te gaan met de openvouwbare tentkoepel
met een diameter van 28 meter.]
Tenslotte, meneer Hammerschlag, wat doet u tegenwoordig?
Hammerschlag kijkt vies. ‘Vervelende dingen, zoals geld aanvragen en zo.’
En in uw vrije tijd?
Zijn gezicht klaart op. ‘Achter een tekenbord staan, ontwerpen, zijn de leuke dingen die ik
doe. Daarom leven we nog.’
Informatie over de DOT: http://dot.astro.uu.nl