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El sistema de instrumentos ópticos de prueba de TMT pasa la revisión preliminar del diseño

 

Pasadena, octubre 2020 – Los equipos de Óptica e Ingeniería de Sistemas de TMT han alcanzado otro hito importante, con una exitosa revisión crítica del diseño preliminar del Sistema de Instrumentos de Prueba Óptica de TMT (TINS por sus siglas en inglés).

Cuando se construya el TMT, todos los sistemas serán probados y ajustados extensamente durante una fase de verificación técnica, antes de ser entregados a las operaciones. Los tres sistemas de espejos (M1, M2 y M3) tendrán que pasar por una fase de puesta en marcha y prueba, y cada uno de los 492 segmentos de espejos de TMT que forman el M1 tendrá que ser alineado después de la instalación.  Estas pruebas se llevarán a cabo con dos sistemas hechos a medida colocados sobre el espejo primario, la Cámara de Foco Primario (PFC por sus siglas en ingles) y el Sistema de Metrología Global (GMS por sus siglas en inglés); ambos componentes principales de TINS.

 

El concepto de Cámara de Enfoque Primario (PFC)

El diseño conceptual del PFC fue parte de esta revisión. El PFC es un sistema de cámara que se instalará en el foco primario del Espejo Primario (M1), en la parte superior de la estructura del telescopio, en el mismo lugar donde se instalará el sistema de estrella láser del telescopio. El PFC se usará como un dispositivo de imagen durante las actividades de Ensamblaje, Integración y Verificación (AIV por sus siglas en inglés) para ayudar a la alineación de los primeros segmentos de M1.

El PFC apoyará una serie de mediciones de control. Su control óptico facilitará la realización del modelo de apuntamiento del telescopio. También se utilizará para confirmar el rendimiento del seguimiento y la calibración inicial de los segmentos. El principal requisito óptico del PFC es ver una fracción de los segmentos M1, hasta un diámetro de 20 metros. El PFC consistirá en una cámara CCD, lentes correctores y una rueda de filtros que contiene filtros de densidad neutra, montados en un módulo de posicionamiento 3-D. La electrónica y los adaptadores permitirán controlar el sistema a través de Ethernet. Tras la instalación de los segmentos M1, el PFC se retirará para llevar a cabo la instalación M2.

 

Descripción general del diseño del Sistema Global de Metrología (GMS)

El GMS es un sistema permanente y flexible montado en el telescopio que puede ser adaptado a diferentes tareas de metrología. Basado en rastreadores láser, el GMS ayudará en la alineación de la óptica del telescopio durante el montaje inicial del mismo. El GMS servirá para realizar la alineación inicial cuando los ingenieros de TMT construyan progresivamente el sistema óptico, siguiendo el plan de alineación del telescopio.

El GMS consta de tres rastreadores láser fijos montados en la estructura de elevación (véase la figura a continuación), y un rastreador láser móvil adicional que se utilizará en la plataforma Nasmyth. Los rastreadores láser medirán la posición tridimensional de los Retrorreflectores Montados Esféricamente (SMRs por sus siglas en ingles), colocados en lugares clave de la estructura del telescopio, la óptica y los instrumentos científicos.

Los equipos de Óptica e Ingeniería de Sistemas de TMT han modelado las ubicaciones del rastreador láser y los SMR de TMT y han estimado la precisión de la medición proporcionada por el GMS, junto con el análisis de peligros, las evaluaciones de riesgos y los posibles medios de mitigación. Todos estos estudios fueron documentados y reportados durante la revisión del TINS.

 

 

Disposición de los rastreadores láser del Sistema de Metrología Global (GMS) de TMT en la estructura de elevación
Dibujo CAD de tres rastreadores laser fijos GMS (circulado en naranja) montados en la estructura de elevación del telescopio y dibujo en 3 vistas del Rastreador Laser #1
Crédito de la imagen: TMT International Observatory

 

 

Alineación del Espejo primario con el GMS

 

 

 

Alineación de la Estructura Fija del Espejo Primario
Durante la alineación óptica inicial del TMT, la ubicación de cada marco fijo M1 se determina utilizando 3 Retrorreflectores Montados Esféricamente (SMRs) situados en las tres esquinas superiores de un marco de metrología montado, y visibles para los rastreadores láser.
Crédito de la imagen: Observatorio Internacional TMT

 

Cada segmento M1 estará apoyado por un marco fijo cuya posición será medida por el GMS. Cada marco fijo se cargará con un simulador de masas para modelar la desviación causada por los segmentos finales y sus conjuntos de soporte. Para permitir que los SMRs sean visibles por encima de las masas ficticias de los segmentos, los SMRs se montarán en un marco subsidiario llamado Marco Metrológico, que se asentará en los marcos fijos. El Marco Metrológico ha sido diseñado para ser ligero, rígido y térmicamente estable, y está hecho de tubos compuestos de fibra de carbono de baja expansión térmica. El GMS también medirá el borde exterior del espejo montado de M1 usando SMRs montados en cavidades mecanizadas en el perímetro de M1.

Cuando la instalación esté en funcionamiento, el GMS apoyará la medición de la alineación relativa de los elementos ópticos del TMT como parte de las actividades de mantenimiento periódico.

 

 

Alineación GMS de M2, M3 e Instrumentos

El GMS también medirá el posicionamiento de los espejos Secundarios (M2) y Terciarios (M3) durante la instalación, usando SMRs montados alrededor de sus perímetros y alineados con los rastreadores láser.

Los instrumentos científicos del TMT y la Instalación de Óptica Adaptativa (NFIRAOS) se montarán por sí mismos en las plataformas Nasmyth. Su posicionamiento también requerirá una alineación usando GMS. Un rastreador láser móvil, montado en un trípode que puede ser movido a través de varios lugares alrededor del telescopio, será usado específicamente para ese propósito.

 

Dispositivos del Sistema de Metrología Global TMT
El Sistema de Metrología Global es un sistema de topografía, construido alrededor de rastreadores láser comerciales, que se utilizará para una variedad de tareas de alineación en el observatorio. La imagen de arriba muestra la versión móvil del rastreador láser, que se utilizará en la plataforma Nasmyth para medir la posición de los instrumentos científicos.
Crédito de la imagen: Observatorio Internacional TMT

 

 

Diseño del Software

El TINS deberá estar completamente integrado con el resto del software de TMT y proveer interfaces compatibles con el:

  • Software del Rastreador Laser, para permitir que las campañas de medición sean creadas y ejecutadas y que los resultados sean archivados para su análisis, y la
  • Cámara de Enfoque Primario, para permitir que la cámara se posicione y que las imágenes de la cámara se recojan, se expongan y se almacenen.

El GMS registrará y combinará inteligentemente las mediciones de posicionamiento obtenidas de múltiples estaciones, y las comparará con sus ubicaciones ideales modeladas. Para ello, el TMT ha seleccionado el Analizador Espacial (SA)[1] del Grupo Hexagon Metrology, una herramienta de medición y modelización estándar de la industria que se utiliza habitualmente para el análisis espacial.

Alastair Heptonstall, Ingeniero Opto-Mecánico Senior de TMT que lidera el grupo TINS, reconoció que “el esfuerzo de desarrollo de TINS ha progresado enormemente durante el último año. El equipo de diseño de TINS ha recibido ahora la plena aprobación para proceder al diseño final del sistema de instrumentos de pruebas ópticas, que permitirá a los ingenieros demostrar la alineación de los sistemas centrales de TMT y el escalonamiento de los segmentos de espejos primarios de TMT”.

[1] https://www.hexagonmi.com/en-US/about-us/about-hexagon-manufacturing-intelligence/what-we-do/metrology

 

 

Captura de pantalla de los participantes en la Revisión del Diseño Preliminar del Sistema de Instrumentos de Prueba Ópticos (TINS) del TMT el 16 de septiembre de 2020.
Cerca de 30 ingenieros y científicos asistieron a la revisión realizada a distancia por videoconferencia. El panel de revisión internacional incluyó expertos de las comunidades astronómicas DKIST, ESO, GMT y TIO.
Crédito de la imagen: Observatorio Internacional TMT

 

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