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27 de mayo de 2017

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¡Segmentos de un todo!

13/11/2003

El pasado mes de agosto se alcanzó un hito en la fabricación del espejo primario del GTC: se obtuvo el segmento maestro. Este primer segmento permitirá optimizar el proceso de pulido, ya que será patrón de calibrado para que el resto de los espejos entren dentro de los requerimientos técnicos exigidos.

Los 36 segmentos que componen el espejo primario del Gran Telescopio CANARIAS (GTC), más los 6 de repuesto, deben pasar por un delicado proceso de cualificación para cumplir con las especificaciones requeridas. Una vez construidos los bloques de Zerodur™, los segmentos deben ser pulidos, un paso tecnológicamente complejo que debe llegar a buen fin para proporcionar un fiel reflejo del Universo que vamos a estudiar.

Este primer segmento, denominado “segmento maestro”, dispone de la información necesaria para conocer al detalle el proceso a seguir con los segmentos restantes. Esta información es imprescindible para poder optimizar el proceso y conocer la duración que implicará el pulido de todos los espejos.

UN SEGMENTO A SEGUIR

La compañía alemana "Schott" fue la fabricante de los sustratos para los segmentos del espejo primario del GTC, 42 bloques hexagonales de 1,90 m de diámetro, 8 cm de grosor y 470 kg de peso fabricados en Zerodur™, un material vitrocerámico extraordinariamente homogéneo y muy poco variable a los cambios de temperatura.

Una vez acabados, estos sustratos pasaron a manos de la empresa francesa SAGEM, encargada de realizar el pulido.

Uno de los inconvenientes a la hora de fabricar segmentos como los del GTC es su forma: no se trata de segmentos de forma esférica, sino que, juntos, forman un hiperboloide, lo que da a cada grupo de segmentos una forma ligeramente distinta, por tanto el proceso es mucho más complejo.

El primer paso del proceso de pulido, llamado de “desbastado esférico”, retira una parte de la superficie del bloque de Zerodur™, digamos que la prepara para su pulido. A continuación se realiza un “lapeado” aesférico, tras lo que se inicia el prepulido, que hace reflectante la superficie de Zerodur™, antes mate. A partir de este momento el segmento puede medirse con precisión por medios ópticos (interferometría) y comienza una fase de pulido controlado por ordenador que va corrigiendo defectos en la superficie de forma iterativa. Una vez que el segmento está cerca de su forma óptica definitiva, se integra el espejo al sistema de soporte definitivo del segmento y, finalmente, pasa por un pulido iónico que termina con los pequeños defectos detectados en el espejo hasta llegar a la calidad óptica requerida por el GTC.

Para saber si nuestro espejo está bien pulido, lo ponemos a funcionar, es decir, enviamos luz al espejo y analizamos el reflejo que nos envía con el fin de conocer si su superficie da una información correcta o errónea, pero, en nuestro caso, al tratarse de una superficie no esférica, no podemos medir los errores de superficie como en una esfera: enviando la luz desde su centro de curvatura y esperando recibirla en ese mismo punto. En su lugar, veríamos un gran borrón.

Debemos, por tanto, utilizar un instrumento llamado “corrector nulo”, que recoge la luz que refleja el espejo hiperbólico y la concentra (digamos, de forma “artificial”) en un solo punto. El análisis de la luz reflejada en el segmento mediante técnica interferométrica permite medir la topografía de la superficie del espejo y determinar si es suficientemente buena o necesita corregirse con una nueva pasada de pulido.

Este primer segmento terminado, cuya designación técnica es “OP-M1-SG-002-003” y bautizado con el nombre de “La Palma”, se denomina maestro debido a que los restantes deben fabricarse con el mismo radio de curvatura y con la forma óptica necesaria por su posición respecto al mismo, de forma que, al unir todos los segmentos, trabajen como un único espejo. Para ello se llevan a cabo las medidas “asociadas”, es decir, situando junto al segmento maestro una serie de 5 segmentos más y midiéndolos simultáneamente. Por este motivo, este segmento, que ha sido el primero en finalizarse, será el último en ser entregado para su uso en el telescopio.

Con el alcance de este hito la factoría de SAGEM está ya a punto para el proceso masivo de pulido de los segmentos del GTC.

Natalia R. Zelman

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