Equipe GMTBrO entrega primeiro sistema de Óptica Adaptativa produzido no Brasil

09/04/2024

Feito inédito no país aprimora as capacidades de imageamento do telescópio SOAR.

SÃO PAULO – A equipe do Giant Magellan Telescope Brazil Office (GMTBrO) obteve sucesso na entrega do primeiro módulo de Óptica Adaptativa desenvolvido completamente no Brasil. O sistema representa um impulso tecnológico para o Southern Astrophysical Research Telescope, conhecido como SOAR, localizado em Cerro Pachón, no Deserto do Atacama, Chile.

Ao longo de seis anos, dentro do laboratório de óptica do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG/USP), mesmo com as dificuldades relacionadas à pandemia da COVID-19, a equipe trabalhou na integração entre os componentes a serem substituídos no telescópio.

Ela desenvolveu o novo módulo de Óptica Adaptativa, nomeado SAMplus, que é composto pelo equipamento do espelho deformável, tanto o espelho quanto o acionador eletrônico, pela câmara do sensor de frente de onda e pela eletrônica de controle de tempo real, responsável pelos processos e cálculos. A aquisição dos equipamentos ocorreu devido ao apoio de US$ 500 mil da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), vinculados ao projeto GMT-FAPESP – que faz parte do consórcio responsável pela construção do Telescópio Gigante Magalhães.

Qual é a ligação entre os projetos? Os resultados alcançados vão além do SOAR, pois os mega telescópios terrestres, tal como o GMT, necessitam de um sistema de Óptica Adaptativa para otimizar sua grande área coletora de luz. No caso do GMT, o desenvolvimento do sistema ocorrerá quando ele já estiver em funcionamento.

Devido às expertises adquiridas com o SAMplus, a equipe GMTBrO foi contratada pelo consórcio GMTO para participar do desenvolvimento do seu sistema de Óptica Adaptativa. A conquista foi celebrada pelo gerente do projeto SAMplus, Me. Mario Celso Padovan: "o nosso conhecimento está no nível de estado da arte, pois os equipamentos do SAMplus são o que há de mais moderno na área. Nossa equipe está muito bem preparada para trabalhar no sistema que está sendo desenvolvido para o GMT."

O Prof. Dr. Laerte Sodré Jr., cocoordenador do projeto GMT-FAPESP, também compartilha seu entusiasmo: "a conclusão com sucesso do SAMplus é motivo de extrema satisfação para nós, na medida em que nos permitiu o domínio de uma tecnologia sensível. Com esse projeto, a equipe brasileira do GMT demonstra mais uma vez sua capacidade para trabalhar na instrumentação desafiadora da próxima geração de telescópios gigantes."

Após a integração do módulo ao telescópio, os primeiros ensaios e testes com observação no céu ocorreram entre 21 e 27 de março. Agora, se o planejamento for seguido, o SAMplus deve ser comissionado antes do segundo semestre de 2024.

A entrega dos componentes

Em fevereiro, membros da equipe GMTBrO viajaram à montanha Cerro Pachón para a integração dos componentes do SAMplus. Ao longo de duas semanas, enfrentando as condições desafiadoras do deserto, bem diferentes do clima da capital paulista, e até um pequeno terremoto, os profissionais testaram os equipamentos do novo instrumento junto à equipe local do SOAR.

Após retornarem ao Brasil, eles já celebraram o sucesso do projeto. "Entregamos um projeto conciso. Também acompanhamos a instalação dele e já temos o acesso remoto para fornecermos suporte durante a fase inicial de operação, mas acredito que a equipe ficou bem entrosada e mantivemos o foco na qualidade", recorda Me. Hugo Bernardes, um dos desenvolvedores do software. "Nós conseguimos avaliar a qualidade do processamento, as temporizações ficaram precisas e os atrasos muito baixos. Usamos uma tecnologia chamada FPGA, que permitiu desenvolver um sistema de cálculos e controle de alta performance”, finaliza Bernardes.

FPGA, ou Field-Programmable Gate Array, faz parte da eletrônica de controle em tempo real para o SAMplus. Ele é um módulo poderoso no qual foram implementados as funções e os cálculos que exigem alta capacidade de processamento, substituindo uma CPU (Central Processing Unit). Devido ao FPGA, 90% do trabalho do projeto foi relacionado à atualização e simplificação do sistema de software para maior velocidade nas operações. Além disso, foi desenvolvida uma interface de software, baseada em PC, substituindo a interface do sistema anterior.

O que é Óptica Adaptativa?

Óptica Adaptativa é a correção do efeito das turbulências da atmosfera terrestre nas imagens dos objetos astronômicos, permitindo uma melhor nitidez. Isso ocorre após a luz ser coletada, mas antes de atingir os detectores dos instrumentos astronômicos instalados no telescópio.

O sistema divide a luz coletada por pequenas áreas do espelho principal de um telescópio e compensa os efeitos da atmosfera ao introduzir correções contrárias às causadas pela turbulência em cada área. É uma técnica que se assemelha a dos fones de ouvido com cancelamento de ruído. Para isso, é necessária uma quantidade imensa de cálculos realizados centenas de vezes por segundo por poderosos softwares.

Especificamente, o SAMplus é um sistema de Óptica Adaptativa de camada de superfície (em inglês, GLAO – Ground Layer Adaptive Optics), ou seja, ele é capaz de medir e corrigir as perturbações na camada mais próxima da superfície da Terra, cerca de 10 km, onde ocorrem a maior parte dessas turbulências. Por isso, não corrige completamente o problema, mas permite cobrir todo o campo de visão do SOAR. As imagens da primeira luz do instrumento, ou seja, seu primeiro funcionamento, podem ser vistas abaixo:

Por ser um telescópio de médio porte instalado em um dos melhores locais para observações astronômicas do mundo e contar com a tecnologia de ponta do SAMplus, a performance do SOAR se tornou equivalente a um telescópio de grande porte sem Óptica Adaptativa.

Clique aqui para obter mais informações técnicas sobre o SAMplus.

A origem do SAMplus

A idealização partiu do Prof. João Evangelista Steiner [in memoriam], em 2017, como usuário do SOAR, que manifestou preocupação com a interrupção das atividades do telescópio em caso de eventual falha de algum componente crítico do sistema de óptica adaptativa, em operação há mais de dez anos. Graças ao apoio da organização administrativa e, em especial, do Dr. Andrei Tokovinin, responsável pela instrumentação astronômica do telescópio, foi proposta a atualização do SOAR Adaptive Module (SAM) para aumentar a sua vida útil e melhorar a performance.

Ao longo do projeto, houve o envolvimento de bolsistas de pós-doutorado e treinamento técnico, além de graduados em todos os níveis, profissionais colaboradores, professores do IAG/USP e empresas especializadas em fabricação de opto-mecânica e software.

A equipe atual do SAMplus é formada pelos físicos Me. Mario Celso Padovan de Almeida [gerente] e Dr. Tárcio de Almeida Vieira [cientista do projeto]; e os engenheiros de controle e automação Me. Hugo da Silva Bernardes Gonçalves e Tommy Lazaneo Zirnberger, ambos desenvolvedores de software.