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El equipo de manipulación de segmentos de espejos de TMT pasa la revisión preliminar del diseño

Pasadena, CA – El equipo de manipulación del segmento del espejo primario del TMT (M1) ha superado recientemente la revisión preliminar del diseño. El equipo y los instrumentos diseñados a medida se utilizarán para manipular con seguridad los espejos dentro del observatorio durante las actividades operativas.

La manipulación de los espejos del TMT requerirá de un equipo específico y un nivel de atención extremo. La manipulación de los segmentos de los espejos será necesaria durante las actividades de mantenimiento, en el momento en que los espejos se traen al observatorio, se instalan en el telescopio y se retiran periódicamente para su mantenimiento, y también cuando se almacenan porque no se utilizan. Esta revisión, que se realizó a distancia debido a las restricciones de desplazamiento establecidas a causa de la Covid-19, se centró en la evaluación del diseño del carro de manipulación de los segmentos del TMT y de sus chasis de intercambio, así como de los armarios de almacenamiento de segmentos, los gatos de elevación y los dispositivos de elevación en general.

Para facilitar la visualización de las actividades de manipulación de los espejos y los procesos operativos, el equipo de ingeniería de sistemas del TMT preparó un conjunto de animaciones que representaban los principales casos de uso del equipo de manipulación del segmento del M1. Estas animaciones mostraban una visión general del intercambio de un segmento del TMT, su traslado entre las áreas de recubrimiento y su almacenamiento en compartimentos en el observatorio.

Josh Church, ingeniero de sistemas mecánicos del TMT, dijo: “Preservar el rendimiento de vanguardia de estos grandes espejos requiere un riguroso plan de servicio y mantenimiento. El equipo de manipulación de TMT será fundamental para el transporte seguro y eficiente de estos delicados espejos de vitrocerámica dentro del observatorio”.

Vista previa del intercambio de espejos M1

Animación de intercambio de segmentos del TMT. Un segmento del TMT se levanta de su posición dentro de célula de espejo y se trasporta al suelo del observatorio. A continuación, se transporta un segmento de repuesto a su posición para elevarlo a la herramienta de manipulación. Crédito del vídeo: Observatorio Internacional TMT

Los ingenieros del TMT han diseñado el Sistema de Manipulación de Segmentos (SHS, por sus siglas en inglés) del telescopio para que personal altamente capacitado pueda retirar los segmentos de forma segura e instalar las ópticas recién revestidas en la celda del espejo (animación #1). Durante este proceso de intercambio de segmentos, el equipo de la cumbre del TMT retirará y sustituirá diez de los 492 segmentos cada dos semanas para preservar la excelente reflectividad del espejo necesaria para mantener el TMT en la vanguardia de la investigación astronómica.

Para extraer un segmento de la estructura del espejo de 30 metros del TMT, el telescopio debe colocarse en posición vertical, de modo que el SHS, que está montado en la estructura del telescopio, pueda bajar y su mano robótica pueda extraer el segmento utilizando bloques en V.

Los segmentos de 230 kg y el conjunto de soporte se izarán individualmente y con cuidado desde la estructura de soporte del telescopio y se bajarán a la planta baja del observatorio. Una vez fijados con abrazaderas en carros de manipulación de segmentos especialmente diseñados, los segmentos se transportarán desde la cúpula a través del pasillo del observatorio hasta la zona de mantenimiento del espejo, que incluye la sala de limpieza de segmentos y la cámara de vacío de recubrimiento del espejo.

Modelo de interfaz del carro de manipulación de segmentos del TMT – Los ingenieros de TMT diseñaron carros con ruedas personalizados que se utilizarán para la manipulación y el transporte de segmentos durante el intercambio de segmentos, el mantenimiento, la limpieza, el decapado, el revestimiento y el almacenamiento. Crédito de la imagen: Observatorio Internacional de TMT

Durante la reunión, los ingenieros de TMT presentaron los prototipos del carro de manipulación de segmentos y del gato elevador utilizados en el laboratorio de TMT, donde se han realiza con éxito varias pruebas.

Prototipo de carro de manipulación de segmentos del TMT y actividad en el laboratorio técnico de TMT en California – Prototipo de carro de manipulación de TMT y gato de elevación de segmentos durante las pruebas de segmentos en la Integración del TMT y Pruebas de Instalación. Crédito de la imagen: Observatorio Internacional de TMT

Vista previa del recubrimiento de los segmentos de los espejos M1

Animación del revestimiento del segmento del TMT – Secuencias del revestimiento del segmento del espejo primario del TMT. El segmento es transportado a las salas de mantenimiento y revestimiento para recibir un nuevo y prístino revestimiento reflectante – Crédito del vídeo: Observatorio Internacional TMT

El proceso de revestimiento del espejo requerirá la retirada física de cada uno de los segmentos de la estructura del telescopio. Una vez en la sala blanca, el personal de mantenimiento de la óptica llevará a cabo una inspección visual y verificará que el cristal está en buenas condiciones y que la electrónica funciona correctamente. Concluidas las inspecciones, el segmento se despojará de su antigua capa de plata, se colocará cuidadosamente en el carro y se instalará en la sala de revestimiento del espejo, donde se depositará una nueva capa de plata protegida en su superficie.

La calidad del revestimiento del espejo del TMT es uno de los aspectos más críticos del diseño del telescopio. Es el material que recoge los fotones entrantes, que a veces han viajado durante miles de millones de años por el cosmos, y los refleja hacia los instrumentos científicos donde serán analizados por los astrónomos de la asociación TMT. Esta capa de revestimiento de menos de un micrómetro de grosor es un conjunto metálico extremadamente delicado que puede perder su reflectividad con el tiempo debido a la exposición al aire, al polvo y a las cambiantes condiciones meteorológicas. Por ello, además del proceso de revestimiento individual que se llevará a cabo cada dos años, el personal de TMT limpiará periódicamente los segmentos de los espejos utilizando un spray de nieve de dióxido de carbono que eliminará el polvo y la arenilla de la superficie mediante un proceso denominado sublimación.  

“Estamos agradecidos por los comentarios positivos del comité de revisión y seguiremos invirtiendo mucho esfuerzo en el diseño del equipo de manipulación del sistema que será esencial para las operaciones de mantenimiento”, señalaba Alan Tubb, ingeniero mecánico de TMT Opto. “Los próximos pasos se centrarán en proseguir con el diseño junto con el de las operaciones de desmontaje y revestimiento del segmento”.

Vista previa de los compartimentos para los espejos M1

Animación del almacenamiento de segmentos del TMT – Vista general de un segundo espejo de TMT colocado en un compartimento de almacenamiento situado en un espacio dedicado y organizado en la planta baja del observatorio. Crédito del vídeo: Observatorio Internacional de TMT

En esta última animación, el carro de TMT se sitúa bajo una grúa monorraíl equipada con un dispositivo de elevación de segmentos. La grúa se baja y se utiliza para elevar el segmento y transportarlo hasta los armarios, donde ya se ha extendido un cajón de almacenamiento. A continuación, el segmento se baja al cajón y se acopla a una estructura tubular central para asegurarlo. Estos armarios de almacenamiento serán capaces de albergar los 82 segmentos de repuesto totalmente recubiertos en un entorno seguro y protegido hasta que se vuelvan a instalar en la célula M1.

“El nivel de diseño del equipo de manipulación de segmentos está muy avanzado para esta fase preliminar”, aseguraba Eric Hansen, jefe del Departamento de Telescopios de TMT. “Enhorabuena a los grupos de Óptica, Controles y Estructura del Telescopio, Seguridad/Aseguramiento de la Calidad e Ingeniería de Sistemas por su tremendo trabajo en equipo y por proporcionar un excelente nivel de apoyo al diseño desde el principio del proyecto”.

A lo largo de los próximos meses, el equipo de manipulación M1 seguirá madurando los detalles de su diseño, teniendo en cuenta los conceptos operativos, las interfaces del sistema y los requisitos técnicos, manteniendo siempre en primer plano la evaluación de los riesgos y las estrategias de mitigación.

Captura de pantalla de los participantes en la revisión del equipo de manipulación de segmentos de espejos del TMT, el 21 de abril de 2021 – Crédito de la imagen: Observatorio Internacional del TMT

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