Diseño

Diseño general

El radiotelescopio de 40 metros es de montura alt-azimutal con cabeza rotante sobre rodamiento azimutal “turning head”. Se moverá pues en las coordenadas de elevación y azimuth. La configuración óptica responde a la de un sistema Nasmyth-Cassegrain: reflector parabólico, subreflector hiperbólico y espejo plano a 45 grados para desplazar el eje óptico lateralmente. El foco Nasmyth se sitúa a más de once metros del vértice de la parábola, lo que permite disponer de una gran sala para la instalación de los receptores. Esta sala es solidaria al sistema que se mueve en azimuth, con lo cual los receptores pueden permanecer fijos. El espejo Nasmyth se mueve solidariamente con la parábola y redirige el haz recibido hacia los receptores cuando el radiotelescopo se mueve en elevación. El subreflector dispone de un movimiento fino de enfoque y otro más amplio, del orden de un metro, que permite llevar un receptor instalado en su vértice hasta el foco primario. Dicho receptor será usado para la realización de sesiones de holografía.

El radiotelescopio ha sido diseñado siguiendo los principios de homología, el viento máximo operativo es de 15 m/s y la precisión de la superficie será inferior a 150 micras rms. Para ello se han fabricado paneles reflectores de aluminio con una precisión de manufactura de 60 micras. Esto hace que la frecuencia máxima utilizable sea de 120 GHz. La frecuencia mínima viene impuesta por el tamaño de los haces dentro de la cabina de receptores y es de 2 GHz. La eficiencia de apertura del radiotelescopio será pues del 70% a 7 milímetros y del 50% a 3 milímetros. La puntería será mejor que 3.7 arcosegundos cuando el viento sea inferior a 15 m/s. El máximo viento que soporta el radiotelescopio sin deteriorarse es de 50 m/s.

Esquema general

Configuración óptica

Diseño mecánico

La empresa alemana MAN technologie ha realizado el diseño de la configuración mecánica del radiotelescopio basándose en los requisitos especificados por el IGN. La estructura final queda constituida por tres estructuras principales: la que gira sólo en elevación, la que gira sólo en azimuth y el subreflector. El diseño final ha sido analizado mediante software de elementos finitos, que ofrece los resultados de las distintas deformaciones que sufre la estructura (viento, gravedad y temperatura) así como la obtención de las frecuencias de resonancia ó naturales de ésta. Un ejemplo se muestra en la figura de la derecha.

El concepto de diseño ha sido el de la homología: las deformaciones por efecto de la gravedad son controladas de manera que la estructura mantiene su forma parabólica y sólo cambia su foco. Esta variación es posteriormente corregida mediante el enfoque del subreflector. El resultado final del análisis nos ofrece el rms esperado de la superficie reflectora así como los errores previstos en la puntería. Un ejemplo del rms teórico se muestra en la figura de la izquierda.

La estructura que sólo gira en elevación (figura) es un entramado de vigas de acero que se unen en una viga central, la viga anular. A esta viga se conectan los (ballast cantilever) y los contrapesos. El peso total del conjunto supera las 275 toneladas. Toda la estructura estará protegida por una cubierta protectora (cladding) y en su interior habrá circulación de aire. La estructura que sólo gira en azimuth está constituida por: el rodamiento de azimuth, el yugo ó (fork) y la cabina de receptores.

También albergará todos los motores y codificadores. Esta estructura se conecta a la que gira en elevación a través de los (ballast cantilever).

Paneles reflectores

La superficie reflectora está constituida por 420 paneles de aluminio construidos por la empresa SCHWARTZ-HAUTMONT. Los paneles se organizan en 10 filas diferentes. Su posición final se realiza por medio de ajustadores que permiten el posicionado de éstos con una precisión de 14 micras. Para la fabricación de los paneles se emplea una lámina de aluminio de menos de 2 milímetros de espesor que adquiere la forma parabólica sobre un molde donde se hace el vacío. La lámina puede mantener dicha forma si se refuerza su parte posterior mediante estructuras de aluminio pegadas mediante un epoxy especial.

La precisión de la superficie de los paneles así construidos se verifica empleando videogrametría. El alineamiento final se efectuará empleando técnicas de holografía coherente. Las características de nuestros paneles son:

La cabina de receptores

Una de las características más sobresalientes de este radiotelescopio es su cabina de receptores. Con unas dimensiones de 8 x 9 x 3.5 metros, tiene capacidad para albergar un gran número de receptores. Está dividida en dos ramas independientes que se seleccionan orientando el espejo Nasmyth móvil M3 hacia dos espejos fijos llamados M4 y M4’. De esta manera se aprovecha todo el espacio disponible en la cabina. Como consecuencia de ello se dispone de dos focos independientes, situados aproximadamente a una distancia de 4.5 metros de los espejos M4.

Otra de las características importantes es que los espejos M4 pueden adoptar dos inclinaciones diferentes, 0º y 20º con el eje óptico, lo cual aumenta sustancialmente la capacidad de la cabina para albergar un mayor número de receptores. Los tres espejos Nasmyth son planos y tienen las mismas dimensiones, su contorno es elíptico y su eje mayor mide 2.67 metros.

Servomecanismo

La empresa alemana BBH diseña y construye los servomecanismos (motores, codificadores, servos y desarrollo de software). El servosistema proveerá de una interfaz de usuario para apuntar el telescopio en azimuth y elevación hacia la fuente radioastronómica deseada, además de para llevar a cabo otras tareas necesarias durante las observaciones, calibración y mantenimiento del telescopio. Para este propósito, el servomecanismo controla el movimiento de los motores de los ejes principales, el posicionador del subreflector, el espejo Nasmyth y otros motores auxiliares. La contribución del servosistema al error total de la puntería del radiotelescopio es menor que 1 arcosegundo rms con un viento de 10 m/s en condiciones de operatividad.

El movimiento del subreflector es también un punto importante de los servos. Este dispone de dos tipos de movimiento. Uno es de enfoque para el cual la precisión de posicionamiento es de tres centésimas de milímetro. Se dispone además de un movimiento de desplazamiento de 1 metro lo que permite que un receptor situado en el vértice del espejo subreflector pueda llevarse al foco primario.