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Telescopio

Descripción General

Óptica

El telescopio se basa en un espejo primario Figura 1 (M1) parabólico rápido, f/2 o similar, seguido por un espejo secundario (M2) más lento, el cual permite iluminar el plano imagen adecuadamente, para un correcto muestreo de la PSF en el infrarrojo. El M2 es una superficie hiperbólica, fabricada mediante diamond turning en aluminio.
Fig. 1: diseño preliminar del telescopio, mostrando sus componentes principales. Además de los espejos M1 y M2 (ver Fig. 1), el telescopio incorpora un espejo M3 (plano),para dirigir el haz hacia el instrumento en el foco Nasmyth. El M3 es capaz de rotar para dirigir el haz hacia el segundo foco Nasmyth, el cual puede alojar otro instrumento a futuro.

Figura 1

Telescopio ABRAS armado

El imager infrarrojo incorpora óptica para corregir aberraciones de orden más alto, introducidas por M1 y M2. Esta óptica opera a temperaturas criogénicas para minimizar su radiación en las longitudes de onda de interés. Una vista de ray tracing del diseño óptico preliminar se presenta en la Fig. 2.

Fig. 2: diseño óptico preliminar del telescopio y el imager infrarrojo

Celdas Espejos

La celda del espejo M1 proveerá del orden de 27 apoyos para mantener la figura del espejo. Incluirá ventilación activa para ecualizar la temperatura del espejo. El espejo M2 no requiere celda, ya que será fabricado en aluminio.

Montura

La montura del telescopio es de tipo Azimutal. Está diseñada en torno a Direct Drives Rotary Stages de alto desempeño como los que se muestran en la Fig. 3.

Fig. 3: Familia de rotary stages de Aerotech a utilizar en la montura del telescopio

La estructura del telescopio es de tipo Serrurier Truss, para ecualizar la temperatura de la óptica con rapidez y evitar turbulencias locales. La compensación de flexiones de la estructura, así como el enfoque del telescopio, estarán a cargo de un Hexapod similar al que se presenta en la Fig. 4. Este dispositivo corregirá la posición de M2 para mantener la óptica alineada en todo momento. Un modelo de pointing será construido durante la puesta en marcha del telescopio.

Fig. 4: Hexapod para control de flexiones y enfoque

 

Imager Infrarrojo

El instrumento del telescopio será un imager o cámara, consistente en un corrector óptico (descrito en la sección “óptica”), un mecanismo de selección de filtros ópticos, un detector infrarrojo y un enfriador criogénico. El detector infrarrojo seleccionado para este instrumento es el Virgo-2K de la empresa Raytheon. Sus principales características se presentan en la Tabla 1. Una vista del detector se incluye en la Fig. 5.

 

Fig. 5: Vista del detector infrarrojo Virgo-2K

 

El enfriador criogénico a utilizar es comúnmente llamado Cryotiger y es provisto por la empresa Brooks Polycold. Consiste en un enfriador que se basa en el ciclo térmico Joule- Thompson, utilizando un gas que circula por mangueras y serpentines presurizados. Este enfriador es libre de mantención y ha entregado muy buenos resultados en numerosos instrumentos astronómicos. La Fig. 6 presenta una vista del equipo.

 

Fig. 6: Enfriador criogénico, mostrando el compresor (blanco) y la cabeza fría (serpentín)

Fig. 7: curvas de capacidad térmica de enfriamiento a diferentes temperaturas, para varios combinaciones de gas. El tipo de gas a utilizar es PT-30 (en verde)

 

El enfriador criogénico incluye un compresor, el cual puede ser instalado a 30 metros de la cabeza fría, ambos conectados por 2 mangueras flexibles. Como se aprecia en la Fig. 6, la cabeza fría sólo consta de un serpentín, por lo que no posee partes móviles que causen vibraciones en el instrumento. La distancia entre el compresor y la cabeza fría previene transmisión de vibraciones por parte del compresor.

La Fig. 7 muestra curvas típicas de desempeño para el enfriador. La selección de gas para el enfriador es PT-30, el cual entrega la mayor potencia térmica y una temperatura mínima adecuada para el instrumento.
El instrumento infrarrojo será similar al mostrado en la Fig. 8, consistente en un cryostat cilíndrico, con una ventana en una de sus costados y el enfriador criogénico en el otro. El instrumento instalado en el foco Nasmyth incluirá un instrument de-rotator, para compensar por la rotación del campo causada por la montura Azimutal del telescopio.

 

Fig. 8: Cryostat para cámara astronómica. Se puede apreciar la ventana, válvula de vacío y enfriador criogénico

Electrónica y Software

Los componentes electrónicos del telescopio e instrumento son brevemente descritos a
continuación:

1) Control montura: los direct drives serán comandados por controladores del mismo fabricante, los cuales reciben órdenes de posición, velocidad y aceleración.

2) Posición M2: el hexapod a cargo de la posición del secundario es comandado por un controlador del mismo fabricante.

3) Detector infrarrojo: la electrónica de lectura del detector será desarrollada in-house, basada en electrónica de lectura estándar para este tipo de detectores.

El software de control involucra los siguientes módulos:

1) Telescope Control System (TCS): Este módulo está a cargo de apuntar el telescopio a las coordenadas de observación, así como comunicarse con el observatorio (control del domo

y estación meteorológica) y con el instrumento. Este módulo será adaptado in-house, a partir de TCS de observatorios profesionales.

2) Instrument Control (IC): Este módulo controla la operación del imager infrarrojo, comunicándose con la electrónica de lectura para la adquisición y archivo de las imágenes, así como control del instrumento (ruedas de filtro y temperatura criogénica). Este módulo será adaptado in-house, a partir del software PANView, en uso en observatorios como Cerro Tololo y SOAR en Chile