A maxon fornece trocadores de filtros automáticos para supertelescópios

A maxon foi selecionada para fornecer o sistema trocador de filtro ótico para o que será o maior telescópio de amplo campo do mundo. O projeto, que envolve cinco laboratórios de investigação franceses, requer motores e sistemas de controlo que sejam particularmente fiáveis e capazes de funcionar com uma precisão de um décimo de milímetro.

Equipado com um espelho de 8,4 metros e uma câmara de 3,2 megapíxeis (tornando-a a maior câmara digital do mundo), o Large Synoptic Survey Telescope (LSST) é um projeto definido por superlativos. A sua missão? Expandir os limites do universo visível, mas também fazer um levantamento incansável e mapear o universo durante os próximos 10 anos a partir do observatório no cume do Cerro Pachón, no Chile.

O LSST: o produto concebido a partir do conhecimento oriundo de todo o mundo

Para cumprir a sua missão, o Large Synoptic Survey Telescope irá fotografar toda a vastidão do céu várias vezes por semana, permitindo-lhe catalogar as alterações e medir o movimento dos corpos celestes. Os seus levantamentos astronómicos contribuirão para estudos concebidos para esclarecer a estrutura e a evolução do Sistema Solar e da Via Láctea. Os resultados serão também aplicados em vários projetos de investigação dedicados a desvendar os mistérios da matéria negra e da energia negra.

Coordenado pelos EUA, o projeto tem um orçamento de cerca de 675 milhões de dólares (aproximadamente 600 milhões de euros). Quase vinte países irão contribuir para a análise dos resultados com contributos de laboratórios de investigação de todo o mundo. Em conjunto com os Estados Unidos e o Chile, a França está a desempenhar um papel ativo na construção do telescópio através do Instituto Nacional de Física Nuclear e Física de Partículas francês (IN2P3).

Engenharia de precisão ao serviço da astronomia

O telescópio está instalado no cume de 2680 metros de altura de Cerro Pachón, um local escolhido pelos seus níveis muito baixos de interferência atmosférica e luminosa. Está alojado numa cúpula de 30 metros de diâmetro e 17 metros de altura. A cúpula é totalmente motorizada, de modo a permitir a rotação do telescópio para que aponte sucessivamente em todas as direções possíveis.

O próprio telescópio é constituído por três elementos principais. O primeiro é a montagem com a qual o telescópio é precisamente posicionado na preparação para as observações. Depois, existe o elemento ótico, que é composto por três espelhos asféricos curvos, sendo que o maior possui um diâmetro superior a 8 metros. Por fim, temos a câmara digital, que é uma das peças centrais do projeto.

Esta câmara está construída em torno de um sensor digital de 3,2 mil milhões de píxeis, refrigerado a -100 °C, e é sensível a uma gama particularmente ampla de luz — desde quase ultravioleta a quase infravermelha, de modo a permitir medições fotométricas em todo o espetro. Por fim, a câmara incorpora um sistema de filtros óticos que permitem aos utilizadores selecionar a fração do espetro de luz que desejam observar.

Trocador rápido de filtro ótico

Todos os telescópios de levantamento astronómico incorporam um trocador de filtro, mas a maioria dos sistemas atualmente em uso são demasiado lentos para satisfazer os ambiciosos requisitos de desempenho do LSST, que exigem uma mudança 15 vezes mais rápida do que a de outros instrumentos de tamanho semelhante.

Uma equipa de cinco laboratórios franceses colaboraram, portanto, no desenvolvimento de um sistema robótico capaz de colocar em apenas alguns minutos um novo filtro sobre a câmara de formação de imagens. Ao enfrentar este desafio, a equipa teve de lidar com grandes restrições técnicas, a começar pela integração do trocador de filtro automático, uma vez que todos os seus componentes tinham de ser alojados no corpo da câmara. E tinha de permanecer perfeitamente estável, mesmo em caso de um forte terramoto

A utilização do mesmo fornecedor para a combinação de motor/sistema de controlo significa que não existem problemas de compatibilidade: sistemas de controlo de posicionamento EPOS2 70/10 e EC40/GP42 da maxon.

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A equipa concebeu um dispositivo capaz de manusear os filtros extremamente dispendiosos — cada um com um diâmetro de 75 cm e um peso de quase 40 kg — com uma precisão de um décimo de milímetro. A peça central do dispositivo é um carrossel que pode ser carregado com até cinco filtros e apresentar um deles para utilização em menos de 20 segundos. Além disso, dispõe de um mecanismo automático para carregar/descarregar um filtro na/da câmara e outro mecanismo para carregar filtro dentro da câmara. Juntos, estes três elementos formam o trocador de filtro automático.

Compacidade, fiabilidade, suporte

Foi neste contexto que o Instituto Nacional de Física Nuclear e Física de Partículas francês (LPNHE) procurou o apoio de especialistas da MDP — maxon França. O configurador online e a documentação técnica associada publicada no sítio web da maxon serviu de ponto de partida para identificar os componentes iniciais adequados para a integração no sistema.

No decurso de outros intercâmbios, foi validada a adequação das soluções da MDP — maxon France e a utilização do mesmo fornecedor para a combinação de motor/sistema de controlo significava que não haveria problemas de compatibilidade. Por exemplo, o carrossel e o trocador de filtro automático utilizam motores de acionamento EC40/GP42 e RE40/GP52C maxon, juntamente com um sistema de controlo de posicionamento digital modular EPOS2 70/10.

Entre os vários critérios adotados pelas equipas no LSST estava a compacidade dos componentes, motores, redutores e sistemas de controlo — um fator essencial, uma vez que estes tinham de ser integrados no coração da câmara — juntamente com a total fiabilidade. De facto, o trocador de filtro tem de ser capaz de funcionar continuamente, com uma manutenção limitada a um período de 2 semanas a cada 2 anos, quando a operação do telescópio é interrompida para a nova aluminização dos seus espelhos.

Colaboração multifacetada

A natureza exigente do trabalho realizado no trocador de filtro ótico reflete a ambição do projeto e dá alguma ideia da extensão da colaboração necessária entre os vários intervenientes no LSST. Pela sua parte, a maxon está encantada com o facto de o seu configurador online, os seus motores e os seus sistemas eletrónicos terem contribuído para a realização bem-sucedida deste desafio técnico e científico!
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LSST; maxon Group