Um olhar por dentro do Sistema de Suporte de espelho primário do telescópio GMT.

Quando a luz distante de um objeto no Universo é coletada por um telescópio, ela encontra uma superfície única chamada de espelho primário. Esses espelhos são fabricados com o objetivo de serem tão gigantes quanto possível, para que o olho humano possa ver o Espaço mais distante. Eles também são feitos para serem os mais lisos, de modo que sua superfície não tenha imperfeições maiores do que um milésimo da largura de um fio de cabelo humano. Construir o espelho primário de um telescópio leva muitos anos e é uma maravilha da engenharia moderna.

O Telescópio Gigante de Magalhães (GMT) usa sete dos maiores e mais pesados ​​espelhos primários do mundo para coletar a luz do Universo. Cada um tem 8,4 metros de diâmetro, pesa 17 toneladas e os segmentos são organizados em um padrão em formato de flor para criar uma superfície coletora de luz contínua de 368 metros quadrados. Embora os espelhos primários sejam extremamente importantes para a capacidade do telescópio de fazer Ciência, esse processo complexo começa no Sistema de Suporte que protege os espelhos.

Logo abaixo do espelho primário monolítico de 25,4 metros estão sete Sistemas de Suporte do espelho primário – também conhecidos como células do espelho – que agem em uníssono para focar a luz, alinhar componentes ópticos e corrigir deformações de imagem devido à gravidade e às oscilações extremas de temperatura. Cada um abriga as tecnologias ópticas mais avançadas da Terra, incluindo um controle térmico e um Sistema de Óptica Ativa.

Atender aos requisitos de controle ativo em telescópios de grande abertura, como o GMT, exige novas inovações tecnológicas: “tais avanços vêm com muitos riscos técnicos que exigem prototipagem detalhada e testes dos designs de engenharia”, explica Trupti Ranka, engenheira sênior de Sistemas de Controle do GMT.

Cada Sistema de Suporte de Espelho deve ser compacto e leve para que o telescópio fique rígido e estável para resistir às interrupções na qualidade da imagem. Antes da fabricação dos sete Sistemas de Suporte de Espelho, um protótipo em escala real foi construído para conferir as decisões de design e demonstrar o desempenho.

O protótipo inclui o hardware e o software que controlam a forma, a posição e o estado térmico de um único segmento de 17 toneladas. As tecnologias de controle de precisão dentro do Sistema de Suporte de Espelho permitem a modelagem e o posicionamento em tempo real dentro de 200 nanômetros. Assim, todos os sete espelhos primários funcionam como um único espelho monolítico de 25,4 metros.

 

Sistema de Óptica Ativa

 Uma série de recursos de interface é anexada aos mecanismos que suportam e controlam o espelho primário – tanto suportes ativos quanto suportes estáticos. Os primeiros incluem 170 atuadores pneumáticos que levantam e moldam o espelho primário através de força aplicada, além de seis atuadores lineares que posicionam o espelho primário em até seis graus.

Enquanto os suportes ativos permitem o controle preciso da figura e posição do espelho primário, os suportes estáticos mantêm o espelho em sua posição de repouso utilizando isoladores de cabo de aço. O telescópio será exposto a eventos sísmicos regulares no deserto do Atacama, no Chile – uma das zonas mais sismicamente ativas do planeta. Durante um terremoto, mais de 300 suportes estáticos trabalham para proteger o espelho, erguendo-o contra a gravidade por meio de forças distribuídas em sua face traseira. 

Isso tudo ocorre enquanto combate o estresse excessivo no vidro devido às deformações elásticas e térmicas da solda de aço. A engenheira Ranka compartilha que, além desses suportes, “amortecedores, que têm a mesma função dos amortecedores em nossos carros”, foram implementados nos atuadores para suavizar o movimento do vidro durante um terremoto.

 

Sistema de Controle Térmico

“À medida que o ar noturno esfria, a diferença de temperatura entre o ar e o espelho causa uma turbulência localizada. Para minimizar esse fenômeno, conhecido como Seeing, é importante adequar a temperatura do espelho ao ar ambiente”, diz Ranka. Um sistema de convecção forçada de ar em ciclo fechado é usado para manter um equilíbrio térmico dentro do invólucro do telescópio e, também, reduzir os gradientes térmicos na superfície do espelho primário.

Quatorze unidades de tratamento de ar que utilizam refrigeração baseada em gás carbônico – o primeiro sistema desse tipo utilizado para telescópios – são montadas no interior do Sistema de Suporte de Espelho para a circulação do ar.

 

Teste do Protótipo

No Parque Tecnológico da Universidade do Arizona, o protótipo passou por testes de funcionabilidade, desempenho e segurança utilizando um espelho de aço substituto que simulou a massa, o centro de gravidade e a rigidez de um espelho primário. Em 2022, as funções sincronizadas de todos os componentes foram demonstradas com sucesso em uma sequência de elevação desse espelho substituto. Ranka descreveu, “nesta sequência, o peso é cuidadosamente descarregado nos atuadores de força dos suportes estáticos, sendo o espelho capaz de se mover livremente de maneira controlada”.

Dos sete segmentos, três estão completos e outros três estão em vários estágios de fabricação no Laboratório de Espelhos Richard F. Caris, na Universidade do Arizona. O último espelho primário fabricado está sendo preparado para integração no protótipo para testes, que devem ocorrer ainda em 2023. Isso servirá como ensaio geral para todos os sete espelhos primários. Antecipando o teste, Ranka expressou que “essa é a única chance de garantir que o Sistema de Suporte de Espelho Integrado possa controlar a superfície óptica conforme for necessário”.

 

Para mais informações sobre o projeto, acompanhe as nossas redes sociais:

Youtube: https://www.youtube.com/c/TelescópioGiganteMagalhãesGMTBrasil

Facebook: https://www.facebook.com/gmtbrasil

Instagram: https://www.instagram.com/gmtbrasil/?hl=pt-br

Twitter: https://twitter.com/GMT_Brasil

Site oficial do GMT: https://www.gmt.iag.usp.br/

 

Por: GMTO Corporation

Tradução: Amanda Kassis