Pasadena, CA – Como una organización extremadamente compleja de sistemas que interactúan entre sí, el TMT requerirá una elaborada infraestructura de Servicios de Utilidad del Telescopio (TUS) para permitir las operaciones dentro del observatorio, en las instalaciones de la cumbre, a dentro de la cúpula y del telescopio. El primer nivel de los TUS de TMT superó con éxito su Revisión de Diseño Final, que cubre los elementos del diseño que pertenecen a la Estructura del Telescopio y sus diversas interfaces, a través de videoconferencia los días 28 y 29 de octubre de 2020.
Todas las actividades de la fase de diseño final del TUS fueron dirigidas por el grupo de la Estructura del Telescopio (STR), con el apoyo de la Ingeniería de Sistemas para la gestión de los requisitos y las interfaces, y por el contratista de Ingeniería M3 (M3E) del TMT para el diseño del sistema de extremo a extremo.
“Ha sido un logro impresionante de los equipos de TIO, M3E y TMT Japón/MELCO”, dijo Kyle Kinoshita, jefe del grupo de estructuras de TMT, en la reunión de revisión. “El alto nivel de comunicación y colaboración entre estos equipos dio como resultado un excelente diseño y desarrollo de la STR TUS”. El panel de revisión también reconoció el excelente y duro trabajo realizado en el desarrollo del diseño final del TUS de una manera tan eficiente y colaborativa.
La estructura del telescopio de TMT (STR) es de gran tamaño e incluye un ascensor, una plataforma de servicio aérea, escaleras y pasarelas para proporcionar acceso a todos los subsistemas del telescopio.
La estructura del telescopio del TMT albergará todas las ópticas del telescopio, los instrumentos científicos, las utilidades de servicios para todas las sistemas, el sistema de estrella láser guía y otros subsistemas. La estructura del telescopio consiste en todas las partes móviles del telescopio, excepto los instrumentos científicos y la óptica del telescopio. Esto incluye el diario acimutal, las plataformas acimutales, la estructura de elevación y los accionamientos del telescopio – Crédito de la imagen: Mitsubishi Electric Corporation (MELCO) y Observatorio Astronómico Nacional de Japón
Su complejidad se ve incrementada por el gran número de interfaces con otros sistemas, junto con las estrictas limitaciones de energía, espacio, vibración y disipación de calor. Dado que el STR está muy avanzado en su diseño (actualmente en fase de preparación para la producción), era fundamental garantizar unas interfaces claras y documentadas entre la estructura del telescopio y los múltiples servicios que se extienden por toda la estructura.
Los equipos de los servicios de utilidades, como los armarios y los cables distribuidos para la energía eléctrica y la toma de tierra, la alarma contra incendios y las redes de comunicación, así como otros servicios canalizados requeridos por los subsistemas del telescopio (agua fría, aire comprimido, aceite, refrigerante y refrigeración criogénica), se instalarán en la estructura del telescopio y deben cumplir requisitos como los límites de masa o la disipación de calor para garantizar el rendimiento del observatorio. El TUS es responsable del trazado de todos estos servicios, mientras que varios equipos contribuyen a los diseños detallados y al suministro de cada tipo de servicio, tal y como se documenta en los documentos de requisitos e interfaz del TMT.
El equipo de diseño del TUS presentó esquemas en 3D de la distribución del espacio necesario para soportar la distribución de todos los servicios a través de todas las áreas principales de la estructura del telescopio, y cuántos cables y tuberías serán necesarios. El transporte de la energía eléctrica, el agua fría y el aire comprimido se apoyará en los racks de tuberías y las bandejas de cables que se extenderán por todo el azimut del telescopio, la elevación y las estructuras fijas. Los recorridos de todos los cables y tuberías se han modelado y optimizado para garantizar el mejor uso del espacio disponible y una correcta asignación y distribución de los cables.
Las canalizaciones de las bandejas de cables y los bastidores de soporte están dedicados a proporcionar el enrutamiento físico, pero también la protección, la gestión y el apoyo de muchas utilidades independientes del telescopio. La organización de estos servicios en estructuras de soporte compartidas permite un funcionamiento y un mantenimiento eficaces.
Disposición del sistema de energía eléctrica del TMT en la estructura de elevación del telescopio – La distribución de energía eléctrica del TMT suministrará energía eléctrica a las múltiples plataformas y niveles de la estructura de elevación del telescopio, incluyendo múltiples paquetes de instrumentos del telescopio y la instalación de la estrella láser guía a través de rutas minimizadas. Crédito de la imagen: TMT International Observatory
Energía:
El equipo de ingeniería de sistemas del TMT presentó el diseño final del sistema de energía eléctrica del telescopio. La distribución de energía eléctrica del TUS suministrará energía eléctrica a todas las cargas eléctricas de la estructura del telescopio, como los múltiples paquetes de instrumentos del telescopio y los subsistemas de apoyo situados en la estructura. Basándose en la madurez del STR y en las últimas estimaciones de las demandas eléctricas y las limitaciones de espacio, el sistema eléctrico del TUS se ha optimizado y dimensionado lo suficientemente grande como para acomodar el crecimiento futuro. Se han evaluado las necesidades de capacidad y las ubicaciones de los cuadros de distribución de energía que distribuirán la energía a los diferentes circuitos. Se han creado múltiples diagramas esquemáticos unifilares para mostrar las rutas del sistema de energía eléctrica desde las áreas principales de distribución hasta las ubicaciones deseadas, al tiempo que se identifican las necesidades específicas de conductores y cables.
Iluminación:
La estructura del telescopio del TMT estará dotada de un sistema de iluminación independiente dedicado a proporcionar una iluminación ambiental general interior a todas las áreas principales de la estructura del telescopio y a los múltiples instrumentos del telescopio. Esta iluminación normal es necesaria para apoyar con seguridad todas las actividades operativas realizadas por el personal del TMT e iluminará los suelos del telescopio, las plataformas de los instrumentos, los caminos de acceso al telescopio, las pasarelas y las principales áreas de trabajo.
El sistema de iluminación del telescopio también incluye la iluminación de emergencia y la señalización de salida que cumplen con los requisitos de seguridad. El sistema de iluminación de emergencia mantendrá una iluminación continua de las rutas de salida de todas las zonas principales del STR en caso de que falle el sistema de iluminación normal. Este sistema de emergencia está diseñado para proporcionar una iluminación segura durante un período de al menos 1,5 horas.
Sistema de iluminación general del telescopio TMT – El sistema de iluminación general y de emergencia del TMT proporciona la iluminación de los suelos y plataformas del telescopio, los caminos de acceso al telescopio y las pasarelas para las áreas de trabajo específicas del telescopio en la estructura de elevación del telescopio, la estructura acimutal y las estructuras fijas, incluida la estructura de la célula del espejo primario – Crédito de la imagen: Observatorio Internacional TMT
El trabajo de diseño final del sistema de iluminación (normal y de emergencia) incluye todos los dispositivos de iluminación necesarios en el telescopio. Para garantizar la seguridad de los movimientos en la estructura del telescopio, se instalarán más de 400 luminarias LED (ya colocadas en el modelo CAD y en los planos) en las cerchas del telescopio para iluminar las zonas de trabajo a las que accede el personal del TMT.
Refrigeración:
Para evitar que la calidad de la imagen del TMT se vea afectada negativamente por el calor generado por los numerosos instrumentos y motores de accionamiento, se suministrarán diversos refrigerantes (agua fría, refrigerante y refrigeración criogénica) a todos los equipos. Un sistema de agua refrigerada a temperatura variable (VTCW) y las tuberías de refrigeración del láser en el telescopio proporcionarán agua de refrigeración al sistema que generarán las estrellas láser guías. El VTCW también se suministra al subsistema STR para refrigerar sus múltiples conjuntos de accionamiento directo. Durante la reunión también se revisó el diseño final del VTCW, incluyendo el material de las tuberías, su tamaño, el trazado y el grosor del aislamiento, teniendo en cuenta la necesidad de minimizar todas las vibraciones que pudieran ser inducidas por el flujo de refrigerantes.
El sistema VTCW suministrará una mezcla de agua y glicol a 5ºC por debajo de la temperatura ambiente del aire. Se espera que esta agua absorba el calor generado por el equipo y alcance una temperatura cercana a la del aire de ambiente a la salida. El sistema de control del TUS supervisará continuamente la temperatura del ambiente durante la noche y ajustará, según sea necesario, la temperatura de refrigeración durante las observaciones nocturnas.
Aire comprimido:
El TMT dispondrá de un sistema central de compresores de aire que suministrará aire limpio y seco a varios lugares del observatorio, incluida la estructura de la célula del espejo primario. Se utilizará un sistema de aire comprimido para purgar los sistemas electrónicos suministrando aire a una presión de 6 bares, o superior, a cada instrumento o subsistema del telescopio. El equipo del TMT determinó el trazado de las tuberías y conexiones de aire comprimido para dar servicio a todos los subsistemas montados en el telescopio, incluyendo todos los sensores, válvulas de cierre, válvulas de retención y filtros. Se trazó una vista global de la instalación de las tuberías del telescopio.
Alarma contra incendios:
Para apoyar la seguridad de la vida del personal y la protección de las instalaciones del telescopio, el TMT STR estará equipado con un subsistema de alarma contra incendios dedicado a proporcionar un control electrónico y una cobertura de alarma de todas las áreas accesibles de la estructura del telescopio.
Se han evaluado todos los aspectos del diseño del equipo de alarma contra incendios (por ejemplo, estaciones de accionador manual, detectores de calor y humo, bocinas de audio), incluyendo el enrutamiento, las ubicaciones de montaje y las interfaces con todo el sistema de alarma contra incendios en la cumbre. El objetivo del sistema principal de alarma contra incendios del TMT es lograr la seguridad de la vida del personal mediante la detección temprana de incendios, los avisos y las alarmas de evacuación.
Las estaciones de accionador manual del sistema de alarma contra incendios del TMT se encuentran actualmente en toda la estructura y en todos los pasillos y escaleras principales. Los dispositivos automáticos de detección de calor y humo también son necesarios para proporcionar una detección de incendios de alerta temprana y una cobertura de alarma de los múltiples sistemas de instrumentos del telescopio. Las bocinas de audio estarán ubicadas en las plataformas Nasmyth y en las estructuras de elevación. Aunque no forman parte del sistema de alarma contra incendios, los dispositivos de paradas de emergencia también estarán ubicados en todas las plataformas de los telescopios y en los diferentes niveles de las estructuras para detener el movimiento de cualquier sistema que pueda causar una situación de peligro inesperada.
Aceite de los cojinetes hidrostáticos (HBS en inglés):
Los sistemas de rotación en azimut y elevación del telescopio TMT flotan sobre una película de aceite a alta presión para asegurar un movimiento suave de la pesada estructura del telescopio. Una bomba situada en la sala de máquinas proporcionará este aceite a alta presión. El aceite se conducirá a través del túnel hasta el piso de observación, luego pasará por la envoltura acimutal y finalmente se dirigirá a todos los cojinetes. El sistema de control del telescopio ajustará continuamente la temperatura del aceite durante toda la noche.
El diseño de las tuberías rígidas del sistema de cojinetes hidrostáticos (HBS en inglés) del telescopio ha sido evaluado para preparar esta revisión. Los análisis de flujo y térmicos mostraron que las tuberías de aceite del HBS requieren un aislamiento suficiente para controlar la ganancia de calor y la condensación dentro del recinto del telescopio. También se han determinado los espesores mínimos de las paredes de las tuberías necesarios para las altas presiones de funcionamiento del aceite, que se presentaron durante la reunión.
Este primer nivel de la revisión del diseño final del EUT se centró en la estructura del telescopio. Los equipos demostraron que los riesgos de desarrollo y funcionamiento del TUS se entienden completamente, y se han adoptado o planificado mitigaciones coherentes con las normas de seguridad, calidad y fiabilidad del TMT.
El equipo del TUS ya ha iniciado un trabajo similar para las zonas adyacentes al telescopio. Las instalaciones del TMT ubicadas en la cumbre albergan todo el equipo y la infraestructura necesarios para apoyar las operaciones del observatorio, incluidas las oficinas, los talleres, las instalaciones ópticas, el espacio de laboratorio, la sala de ordenadores, pero también todas las bombas, los compresores, los sistemas de refrigeración, la energía, el aire acondicionado y los sistemas de control. Este trabajo continuará en la preparación de los niveles restantes del diseño final del TUS, que también cubrirá las interfaces con los instrumentos científicos y otros subsistemas, como la alineación y el desfase o la instalación de Óptica Adaptativa. También se incorporará, se informará y se confirmará en una futura reunión de cierre el trabajo adicional sobre el análisis sísmico y de vibraciones, así como el diseño detallado.
Captura de pantalla de los participantes en la revisión del diseño final de los Servicios de Utilidad de la Estructura del Telescopio (TUS) de TMT el 29 de octubre de 2020 – El equipo de diseño final de TMT TUS está formado por: Kyle Kinoshita (TMT), Benjamin Irarrazaval (TMT), Jamie Nakawatase (TMT), Josh Church (TMT), Fernando Santoro (TMT), Steve Dawe (M3E), David Adriaanse (M3E), Randy Goerlich (M3E), Mark Fraser (M3E), Daniel Gómez (M3E), Al Rico Diola (M3E), Eric Grigel (M3E), Seiichi Tazawa (NAOJ), Hiroshi Kusumoto (NAOJ) – Crédito de la imagen: Observatorio Internacional TMT
