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1998

SUMARIO

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En la foto, los tres haces de observación de INTEGRAL con sus rendijas y terminales del plano focal. Los haces están formados por fibras con núcleos de 100, 200 y 600 micras, que equivalen sobre el cielo a 0.45, 0.90 y 2.70 segundos de arco respectivamente.

INTEGRAL, UN INSTRUMENTO DE USO COMÚN


El telescopio es un colector de fotones que concentra en un punto la luz, muy débil, que nos llega del mundo exterior. En este foco, el astrónomo debe colocar la instrumentación específica para recoger, analizar y extraer la información que transportan las ondas electromagnéticas. El desarrollo de esa instrumentación (espectrógrafos, fotómetros, cámaras, ...) requiere una ingeniería que desarrolle los componentes electrónicos, mecánicos, ópticos y de software necesarios. En esta instrumentación óptica se integra el sistema de fibras ópticas INTEGRAL, desarrollado en el IAC para el telescopio "William Herschel" (WHT), del Observatorio del Roque de los Muchachos. El ingeniero del IAC José Miguel Herreros ha sido el gestor del proyecto.

JOSÉ MIGUEL HERREROS (IAC)

INTEGRAL es un instrumento de "uso común", lo cual significa que se encuentra disponible para toda la comunidad científica internacional. Tal consideración conlleva el tener que cumplir con una serie de requisitos técnicos que condicionó, en gran medida, su diseño y fabricación. Por otra parte exigió que el instrumento presentara unas características que no son necesarias para los de "uso privado", como son: fiabilidad, robustez, facilidad en la instalación, en el uso y en el mantenimiento; así como disponer de una documentación técnica suficiente para introducir mejoras.

Además de un diseño que permite superar, en gran medida, limitaciones previas, INTEGRAL incorpora tecnología de vanguardia. A modo de ejemplo, utiliza en su sistema de control el bus VME y el sistema operativo VxWorks. El software de control de bajo nivel de INTEGRAL se diseñó con EPICS y con CAPFAST. El primero, un conjunto de herramientas que permiten desarrollar aplicaciones de control y adquisición de datos en tiempo real, y el segundo, una herramienta para desarrollo de software.

El desarrollo del proyecto implicó la investigación en el diseño y la fabricación de nuevos haces de fibras, con el objeto de aprovechar más eficientemente el registro de información espacial y espectral. Los haces de observación de INTEGRAL han sido construidos con fibras ópticas de la última generación, en concreto se han utilizado fibras que incluyen en su proceso de fabricación un tratamiento especial con hidrógeno, lo cual ha permitido mejorar considerablemente la respuesta espectral en el ultravioleta manteniendo las propiedades de transmisión en el infrarrojo.

La construcción de haces tan complejos requirió mejorar los procesos de fabricación y dotar al personal técnico del Taller de Mecánica de una formación y entrenamiento específicos. Como demuestran los resultados, se ha conseguido un alto nivel de capacitación tecnológica. En los sistemas de guiado y de adquisición se han utilizado haces coherentes similares a los empleados en instrumentos previos. Especial mención merece, por su excelente comportamiento, la guía de luz líquida que forma parte del sistema de calibración.

Cabe destacar el concepto de rendija propuesto, así como el proceso seguido en su diseño, desarrollo, fabricación y verificación. El diseño resulta totalmente innovador, ya que se basa en un solo segmento, en contraposición con los actualmente en uso, que son de varios, carece de microlentes y dispone de la curvatura necesaria para cumplir con los requisitos ópticos que impone el espectrógrafo. Es importante indicar que esta curvatura se consigue de forma controlada por medio de un útil mecánico. Su correcto funcionamiento fue comprobado por métodos analíticos y posteriormente confirmado en laboratorio con pruebas ópticas de medida de la degradación focal.

La comprobación del cumplimiento de los requisitos técnicos especificados se llevó a cabo por métodos analíticos y por un exhaustivo plan de pruebas, primero en los laboratorios del IAC y posteriormente en el telescopio. El análisis estático de la sección principal de la estructura de la caja de adquisición, guiado y calibración se hizo con ANSYS, y la simulación del espectrógrafo Wyffos para optimizar y verificar el diseño de las rendijas con Code V. Las restricciones geométricas impuestas por el concepto seleccionado requirió de la ayuda de herramientas de diseño 3D con el objeto de poder alojar los distintos mecanismos que forman el conjunto del plano focal.

Filosofía de Modelos

Para disminuir el riesgo asociado al proyecto y permitir identificar lo antes posible los problemas potenciales, se ideó un plan de desarrollo basado en la construcción de tres modelos, en orden de ejecución, dos prototipos no entregables, el DM y el PM, y uno entregable, que fue la versión definitiva del instrumento, el EM. El propósito de cada modelo era bien distinto: el primero, el DM, sirvió para verificar y ayudar en el diseño del mecanismo posicionador de los haces ópticos, comprobar las interfases mecánicas y geométricas con el telescopio, determinar las longitudes de los haces y estudiar su comportamiento al girar el rotador mecánico del foco Nasmyth. El segundo, el PM, era totalmente representativo del EM, pero se diferenciaba en que no disponía de los dos haces especiales que llamamos "experimentales". Su propósito era, por un lado, verificar el diseño mecánico, eléctrico, óptico y software del instrumento completo y, por otro, validar los equipos y procedimientos de pruebas a ambos niveles del desarrollo, en el laboratorio y en el WHT.

Desarrollo

En septiembre de 1994 se inició el proyecto con las fases A/B: Definición y Conceptual. Durante el primer semestre de 1995 se redactó y presentó la propuesta al JSC. En mayo INTEGRAL quedó formalmente aprobado. Con el "Kick Off", en junio, comenzó la fase más importante, la C: Diseño y Desarrollo. A finales de 1996 concluyó esta etapa con unas pruebas muy satisfactorias en el WHT. En enero de 1997 se inicia la fase D: Producción e Instalación, que finalizó con el "commissioning" en julio de 1997. Con la entrega al ING ese mismo mes, INTEGRAL concluyó, según lo previsto, su fase de ingeniería dando paso a la fase E: Explotación Científica y Mantenimiento.

Conclusiones

En términos generales, el proyecto se desarrolló conforme a lo previsto. Cumplir con las fechas establecidas no fue una tarea fácil, si bien existieron retrasos en actividades concretas, éstos no afectaron a los compromisos programáticos acordados en la reunión de "Kick Off", en concreto la fecha de entrega del instrumento al ING. Por otra parte, la ejecución del presupuesto se realizó sin desviaciones significativas. De la evaluación preliminar de los resultados del "commissioning", así como de los obtenidos durante el desarrollo del instrumento, podemos concluir que éste se encuentra conforme a lo especificado, si bien existe una no conformidad importante, la degradación de la razón focal de las fibras es superior a lo esperado. Aunque se cree conocer la causa más probable, el origen del problema queda aún por determinar. Otras no conformidades menores también aparecieron y fueron corregidas en 1998. Es importante indicar que finalmente los haces "Experimentales" tuvieron que ser cancelados por no ser técnicamente viable su desarrollo.

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Portada

INTEGRAL descubre un arco de emisión en la "Cruz de Einstein"

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Notas de Prensa

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