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1 de diciembre de 2022

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Cómo nace un espejo secundario

11/08/2004

El espejo secundario del Gran Telescopio CANARIAS (GTC), que recoge la luz del primario y puede reenviarla directamente hacia el foco Cassegrain o hacia el espejo terciario (para que llegue a los focos Nasmyth y Cassegrain acodados), es un innovador sistema aplicado en los últimos grandes telescopios que combinan la observación en el óptico y el infrarrojo.

Y es innovador porque en algunos telescopios es necesario cambiar el espejo secundario según se vaya a estudiar en un rango de longitud de onda de la luz o en otro, con el inconveniente de que se pierde tiempo de observación, ya que el proceso puede tardar un día o incluso más.

Este espejo tiene a su vez un interesante proceso de fabricación que pasa por la consolidación del bloque, su mecanizado, la instalación del postizo (“cladding” en inglés) y el pulido, incluyendo en el ciclo de fabricación varios tratamientos térmicos para hacer más estable a largo plazo el espejo.

¿CÓMO SE FABRICA EL ESPEJO SECUNDARIO?

El material elegido ha sido el berilio, un material mucho más rígido y ligero que el vidrio, el acero o el aluminio. Estas características son necesarias porque el espejo deberá moverse rápidamente para corregir perturbaciones rápidas y, además, proporcionar a los instrumentos una técnica denominada basculación automática, todo esto sin que el material oscile.

Por ello, en algunas ocasiones deberá moverse a una velocidad de 5 hz, es decir, realizar 5 oscilaciones por segundo. También será necesario que el espejo secundario haga cambios rápidos en el apuntado, tomando dos imágenes distintas, una del objeto observado y otra del fondo oscuro. Contrastando estas dos imágenes lograremos eliminar la luz difusa del fondo del objeto permitiendo extraer la información del objeto celeste observado.

El bloque de berilio se sintetiza a partir de polvo de berilio, caracterizado por su toxicidad y por ser altamente explosivo, lo que exige un manejo delicado y un alta cualificación por parte del fabricante.

El proceso se denomina de “Presión Isostática en Caliente” (“Hot Isostatic Pressure”, HIP) y consiste en aplicar altas temperaturas y altas presiones a un contenedor lleno de polvo de berilio, consolidando así el polvo en una pieza sólida. Además del berilio, hay otros materiales como el acero, el titanio o el aluminio, que pueden someterse al HIP u otros procesos de consolidación.

El proceso implica que, al compactar, haya un 30% de reducción lineal en el material obtenido, es decir, se pierden 2/3 del volumen. Este proceso de obtención del sustrato fue llevado a cabo por la empresa estadounidense Brushwellman. Se trata de la única empresa del mundo que produce e integra el berilio.

Una vez sólido se procede a su mecanizado, del que se hizo cargo la empresa norteamericana Axsys. Su trabajo fue el aligeramiento eliminando hasta un 85 % del sustrato original, dejando espesores del orden de entre 3,5 y 7 milímetros. Finalmente todo el sustrato de berilio se recubre de níquel. Este recubrimiento, además de evitar la exposición del berilio, permite que el espejo sea pulido con la rugosidad requerida. La cara de la superficie óptica tiene al principio unas 125 micras de espesor (1 micra= 0,001 mm).

Empieza entonces el proceso de pulido en el que se obtiene la forma óptica final, eliminando entre 50 y 70 micras del recubrimiento de níquel, para el cual se añade un postizo alrededor del espejo con el fin de que el pulido sea igual en toda la superficie, incluso en los bordes. Durante el procedimiento se intercalan tratamientos térmicos al sustrato con el fin de relajar progresivamente las tensiones internas generadas durante la fabricación y mecanizado del substrato de berilio y su recubrimiento de níquel, sometiéndolo a cambios de temperatura de entre –30 y 70 ºC.

La complejidad de pulido de este espejo proviene, primero, de la forma hiperbólica de la superficie, lo cual hace que se separe de una forma esférica fácil de pulir en 32 micras, y segundo, de la necesidad de conseguir la forma óptica hasta el borde irregular cuasi-hexagonal que copia el patrón de segmentación del espejo primario.

En un principio se esperaba obtener un peso de 55 kg, pero se han mejorado las especificaciones: el espejo, de 1,2 m de diámetro, no llega a los 38 kg.

Natalia R. Zelman

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