maxon Story
maxon suministra un cambiador automático de filtros para un supertelescopio
maxon ha sido seleccionado para suministrar el cambiador de filtros ópticos para el que pronto será el telescopio de campo amplio más grande del mundo. El proyecto, que reúne a cinco laboratorios franceses de investigación, requiere motores y controladores especialmente fiables y capaces de trabajar con una precisión de una décima de milímetro.
Con su espejo de 8,4 metros y una cámara de 3,2 gigapíxeles (que la convierte en la cámara digital más grande del mundo), el Gran Telescopio para Rastreos Sinópticos (LSST, por sus siglas en inglés) es un proyecto definido por superlativos. ¿Su misión? Ampliar los límites del universo visible, pero también explorar y cartografiar sin descanso el universo durante los próximos 10 años desde el observatorio ubicado en la cumbre del cerro Pachón en Chile.
El LSST es el producto de la experiencia del mundo entero
Para llevar a cabo esta misión, el Gran Telescopio para Rastreos Sinópticos tomará fotografías de todo el cielo varias veces a la semana, lo que le permitirá registrar cambios y medir el movimiento de los cuerpos celestiales. Sus exploraciones astronómicas aportarán datos a los estudios que pretenden dilucidar la estructura y la evolución del Sistema Solar y la Vía Láctea. Los hallazgos también se utilizarán en varios proyectos de investigación dedicados a desvelar los misterios de la materia oscura y la energía oscura.
El proyecto, coordinado por EE. UU., cuenta con un presupuesto de unos 675 millones de dólares (aproximadamente 600 millones de euros). Casi veinte países contribuirán al análisis de los resultados con aportaciones de laboratorios de investigación de todo el mundo. Además de EE. UU. y Chile, Francia también está desempeñando un papel activo en la construcción del telescopio a través del Instituto Nacional de Física Nuclear y de Partículas (IN2P3).
Ingeniería de precisión al servicio de la astronomía
El telescopio está instalado en la cumbre del cerro Pachón, a 2680 metros de altitud, un lugar elegido por sus bajos niveles de contaminación atmosférica y lumínica. Se encuentra alojado dentro de una cúpula de 30 metros de diámetro y 17 metros de altura. La cúpula está completamente motorizada, por lo que el telescopio es capaz de rotar y orientarse en cualquier dirección.
El telescopio en sí consta de tres elementos principales. El primero de ellos es el soporte en el que el telescopio se posiciona de forma precisa y se prepara para las observaciones. El segundo es un elemento óptico que consta de tres espejos asféricos curvos, el mayor de ellos con un diámetro de más de 8 metros. El tercero y último es la cámara digital, uno de los componentes centrales del proyecto.
La cámara está construida en torno a un sensor digital de 3200 millones de píxeles refrigerado a -100 °C. Este es sensible a un rango especialmente amplio de la luz, desde la ultravioleta cercana hasta la infrarroja cercana, lo que permite realizar mediciones fotométricas en todo el espectro. Por último, la cámara incorpora un sistema de filtros ópticos que permite a los usuarios seleccionar la fracción del espectro luminoso que desean observar.
Cambiador de filtros ópticos de acción rápida
Todos los telescopios de rastreo astronómicos cuentan con un cambiador de filtros, pero la mayoría de los sistemas actualmente en uso son demasiado lentos para satisfacer los ambiciosos requisitos de rendimiento del LSST, que necesita una velocidad 15 veces superior a la de otros instrumentos de tamaño similar.
Por ello, un equipo de cinco laboratorios franceses colaboró en el desarrollo de un sistema robótico capaz de colocar un filtro nuevo sobre la cámara en unos pocos minutos. Para superar este desafío, el equipo ha tenido que enfrentarse a grandes dificultades técnicas, empezando por la integración del cambiador automático de filtros, ya que todos sus componentes debían caber en el cuerpo de la cámara. Y allí debían permanecer completamente estables, incluso en caso de un fuerte terremoto.
El uso del mismo proveedor para la combinación de motor y controlador significa que no habrá problemas de compatibilidad: el EC40/GP42 y el controlador de posicionamiento EPOS2 70/10 de maxon.
El equipo ha diseñado un dispositivo capaz de manipular los carísimos filtros (cada uno de los cuales tiene un diámetro de 75 cm y pesa casi 40 kg) con una precisión de una décima de milímetro. La pieza central del dispositivo es un carrusel que puede alojar hasta cinco filtros y extraer uno de ellos para su uso en menos de 20 segundos. Además, hay un mecanismo automático para cargar/descargar un filtro sobre la cámara y otro para cargar filtros dentro de la cámara. La combinación de estos tres elementos conforma el cambiador automático de filtros.
Compacto, fiable, resistente
En este contexto, el Instituto Nacional Francés de Física Nuclear y de Partículas (LPNHE) solicitó la ayuda experta de MDP - maxon France. El configurador online y la documentación técnica correspondiente disponible en la página web de maxon sirvieron como punto de partida para identificar los primeros componentes adecuados para formar parte del sistema.
En el transcurso de nuevos intercambios se validó la idoneidad de las soluciones de MDP - maxon France y el uso del mismo proveedor para la combinación de motor y controlador garantizó que no hubiera problemas de compatibilidad. Por ejemplo, el carrusel y el cargador automático de filtros utilizan los motores EC40/GP42 y RE40/GP52C de maxon junto con el controlador de posicionamiento digital modular EPOS2 70/10.
Entre los múltiples criterios adoptados por los equipos que trabajaban en el LSST se encontraba el tamaño compacto de los componentes, motores, reductores y controladores (un factor fundamental teniendo en cuenta que debían caber en el corazón de la cámara), en combinación con una fiabilidad total. De hecho, el cambiador de filtros debe ser capaz de funcionar de manera continua con un mantenimiento limitado a un periodo de 2 semanas cada 2 años, cuando el telescopio se detiene para la realuminización de sus espejos.
Colaboración multifacética
El carácter exigente del trabajo realizado en el cambiador de filtros ópticos refleja la ambición del proyecto y nos permite hacernos una idea del alcance de la colaboración necesaria entre los diferentes participantes en el LSST. Por su parte, maxon está encantada de que su configurador online, sus motores y sus sistemas electrónicos hayan contribuido al éxito de este reto de la ciencia y la técnica.
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