Design and Operation of FACT -- The First G-APD Cherenkov Telescope

The First G-APD Cherenkov Telescope (FACT) is designed to detect cosmic gamma-rays with energies from several hundred GeV up to about 10 TeV using the Imaging Atmospheric Cherenkov Technique. In contrast to former or existing telescopes, the camera of the FACT telescope is comprised of solid-state Geiger-mode Avalanche Photodiodes (G-APD) instead of photomultiplier tubes for photo detection. It is the first full-scale device of its kind employing this new technology. The telescope is operated at the Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma, Canary Islands, Spain) since fall 2011. This paper describes in detail the design, construction and operation of the system, including hardware and software aspects. Technical experiences gained after one year of operation are discussed and conclusions with regard to future projects are drawn.Comment: Corresponding authors: T. Bretz and Q. Weitze

The Zwicky Transient Facility: Observing System

The Zwicky Transient Facility (ZTF) Observing System (OS) is the data collector for the ZTF project to study astrophysical phenomena in the time domain. ZTF OS is based upon the 48 inch aperture Schmidt-type design Samuel Oschin Telescope at the Palomar Observatory in Southern California. It incorporates new telescope aspheric corrector optics, dome and telescope drives, a large-format exposure shutter, a flat-field illumination system, a robotic bandpass filter exchanger, and the key element: a new 47-square-degree, 600 megapixel cryogenic CCD mosaic science camera, along with supporting equipment. The OS collects and delivers digitized survey data to the ZTF Data System (DS). Here, we describe the ZTF OS design, optical implementation, delivered image quality, detector performance, and robotic survey efficiency

The STAR MAPS-based PiXeL detector

The PiXeL detector (PXL) for the Heavy Flavor Tracker (HFT) of the STAR experiment at RHIC is the first application of the state-of-the-art thin Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS) technology in a collider environment. Custom built pixel sensors, their readout electronics and the detector mechanical structure are described in detail. Selected detector design aspects and production steps are presented. The detector operations during the three years of data taking (2014-2016) and the overall performance exceeding the design specifications are discussed in the conclusive sections of this paper

HATSouth: a global network of fully automated identical wide-field telescopes

HATSouth is the world's first network of automated and homogeneous telescopes that is capable of year-round 24-hour monitoring of positions over an entire hemisphere of the sky. The primary scientific goal of the network is to discover and characterize a large number of transiting extrasolar planets, reaching out to long periods and down to small planetary radii. HATSouth achieves this by monitoring extended areas on the sky, deriving high precision light curves for a large number of stars, searching for the signature of planetary transits, and confirming planetary candidates with larger telescopes. HATSouth employs 6 telescope units spread over 3 locations with large longitude separation in the southern hemisphere (Las Campanas Observatory, Chile; HESS site, Namibia; Siding Spring Observatory, Australia). Each of the HATSouth units holds four 0.18m diameter f/2.8 focal ratio telescope tubes on a common mount producing an 8.2x8.2 arcdeg field, imaged using four 4Kx4K CCD cameras and Sloan r filters, to give a pixel scale of 3.7 arcsec/pixel. The HATSouth network is capable of continuously monitoring 128 square arc-degrees. We present the technical details of the network, summarize operations, and present weather statistics for the 3 sites. On average each of the 6 HATSouth units has conducted observations on ~500 nights over a 2-year time period, yielding a total of more than 1million science frames at 4 minute integration time, and observing ~10.65 hours per day on average. We describe the scheme of our data transfer and reduction from raw pixel images to trend-filtered light curves and transiting planet candidates. Photometric precision reaches ~6 mmag at 4-minute cadence for the brightest non-saturated stars at r~10.5. We present detailed transit recovery simulations to determine the expected yield of transiting planets from HATSouth. (abridged)Comment: 25 pages, 11 figures, 1 table, submitted to PAS

Terrestrial Demonstrator for the Hydrogen Extraction of Oxygen from Lunar Regolith with Concentrated Solar Energy

An experimental plant for the reduction of granular ilmenite (FeTiO3) with hydrogen (H2) powered by concentrated solar radiation was designed, built, and tested to demonstrate extraction of oxygen from lunar soil at the Plataforma Solar de Almería (PSA). This is done by a two-step process with water (H2O) as the intermediate product. The center-piece of the system is a fluidized bed reactor with a capacity of 22 kg of ilmenite, capable of operating in fully continuous mode. The reactor has a large quartz window that allows the concentrated solar radiation to heat the particles directly without the need for any heat exchanger surfaces. The system includes most of the peripheral components required to demonstrate its functioning as close as possible to what can be expected on the Moon. This includes in particular the cleaning system for the off-gas from the reactor, the extraction of the product water, and the gas recovery. The system was operated in the 60 kW Solar Furnace at PSA with solar power during 150 hours in four test campaigns. All initial test goals were successfully achieved. The maximum operation temperature in the reactor was 977 °C, and during a total of 21 hours of operation with hydrogen, the chemical reaction produced more than 1300 ml of water. To this date, this is the only large scale terrestrial demonstrator in Europe that has successfully produced water from minerals present in lunar regolith solely with concentrated solar power as heat source, showing a path for future chemical production on the lunar surface.En la Plataforma Solar de Almería (PSA) se ha diseñado, construido y probado una planta experimental para la reducción de ilmenita granular (FeTiO3) con hidrógeno (H2), alimentada por radiación solar concentrada con el objetivo de demostrar la extracción de oxígeno de la roca lunar. Esto se hace mediante un proceso de dos pasos con agua (H2O) como producto intermedio. La pieza central del sistema es un reactor tipo lecho fluidizado con una capacidad de 22 kg de ilmenita, capaz de funcionar completamente en modo continuo. El reactor tiene una gran ventana de cuarzo que permite que el rayo solar concentrado caliente directamente las partículas sin necesidad de ninguna superficie de intercambio de calor. El sistema incluye la mayoría de los componentes periféricos necesarios para demostrar su funcionamiento lo más parecido posible a lo que se puede esperar en la Luna. Esto incluye, en particular, el sistema de limpieza del gas de salida del reactor, la extracción del agua producto, y la recirculación del gas. El sistema fue operado en el Horno Solar de 60 kW en la PSA con energía solar durante 150 horas en cuatro campañas de ensayo. Todos los objetivos iniciales se alcanzaron con éxito. La temperatura máxima en el reactor fue de 977 °C, y durante un total de 21 horas de operación con hidrógeno, la reacción química produjo más de 1300 ml de agua. Hasta la fecha, este es el único demostrador terrestre a gran escala en Europa que ha producido con éxito agua a partir de minerales presentes en el regolito lunar únicamente con energía solar concentrada como fuente de calor, mostrando un camino para una futura producción química en la superficie lunar.Auf der Plataforma Solar de Almería (PSA) wurde eine mit konzentrierter Solarstrahlung betriebene Versuchsanlage zur Reduktion von granularem Ilmenit (FeTiO3) mit Wasserstoff (H2) entworfen, gebaut und getestet, um die Gewinnung von Sauerstoff aus Mondgestein zu demonstrieren. Dies geschieht in einem zweistufigen Prozess mit Wasser (H2O) als Zwischenprodukt. Das Herzstück des Systems ist ein Wirbelschichtreaktor mit einem Fassungsvermögen von 22 kg Ilmenit, der vollständig im kontinuierlichen Modus betrieben werden kann. Der Reaktor verfügt über ein großes Quarzfenster, durch das die konzentrierte Solarstrahlung die Partikel direkt erwärmen kann, ohne dass irgendwelche Wärmetauscher-flächen erforderlich wären. Das System umfasst die meisten peripheren Komponenten, die notwendig sind, um seine Funktionsweise so nah wie möglich an dem zu demonstrieren, was auf dem Mond zu erwarten ist. Dazu gehören insbesondere das Reinigungssystem für das Gas aus dem Reaktor, die Extraktion des Produktwassers sowie die Gasrückführung. Das System wurde im 60 kW-Sonnenofen der PSA in vier Testkampagnen für 150 Stunden mit Solarenergie betrieben. Alle anfänglichen Testziele wurden erfolgreich erreicht. Die maximale Betriebs-temperatur im Reaktor betrug 977 °C, und während des insgesamt 21-stündigen Betriebs mit Wasserstoff wurden durch die chemische Reaktion mehr als 1300 ml Wasser erzeugt. Bis heute ist dies der einzige in größerem Maßstab gebaute terrestrische Demonstrator in Europa, der erfolgreich Wasser aus den im Mondregolith vorhandenen Mineralen ausschließlich mit konzentrierter Solarenergie als Wärmequelle hergestellt hat, was einen Weg für zukünftige chemische Produktion auf der Mondoberfläche aufzeigt.Une installation expérimentale pour la réduction de l'ilménite granulaire (FeTiO3) avec de l'hydrogène (H2), alimentée par le rayonnement solaire concentré, a été conçue, construite et testée à la Plataforma Solar de Almería (PSA) pour démontrer l'extraction de l'oxygène du sable lunaire. Ce processus se déroule en deux étapes, l'eau (H2O) étant un produit intermédiaire. La pièce centrale du système est un réacteur à lit fluidisé d'une capacité de 22 kg d'ilménite, capable de fonctionner entièrement en continu. Le réacteur est doté d'une grande fenêtre en quartz qui permet au rayon solaire concentré de chauffer directement les particules sans qu'aucune surface d'échange thermique ne soit nécessaire. Le système comprend la plupart des composants périphériques nécessaires à une démonstration de son fonctionnement le plus proche possible de ce qui peut être envisagé sur la Lune. Il s'agit notamment du système d'épuration du gaz d'échappement du réacteur, de l'extraction de l'eau du produit et de la recirculation du gaz. Le système a fonctionné dans le four solaire de 60 kW de la PSA avec de l'énergie solaire pendant 150 heures au cours de quatre campagnes d'essai. Tous les objectifs initiaux ont été atteints avec succès. La température maximale de fonctionnement dans le réacteur était de 977 °C, et pendant un total de 21 heures de fonctionnement avec de l'hydrogène, la réaction chimique a produit plus de 1300 ml d'eau. À ce jour, il s'agit du seul démonstrateur terrestre à grande échelle en Europe qui a réussi à produire de l'eau à partir de minéraux présents dans le régolithe lunaire en utilisant uniquement l'énergie solaire concentrée comme source de chaleur, montrant ainsi une voie à suivre pour la production chimique future sur la surface lunaire