Sostener el espejo M2 del ELT sin deformarlo: un soporte activo

El espejo secundario (M2) del Extremely Large Telescope (ELT) es el mayor espejo convexo de precisión jamás fabricado. Muy ancho y a la vez muy delgado, se deforma bajo su propio peso. En Safran Reosc se mide regularmente en un banco interferométrico durante su pulido. Para sostenerlo sin deformarlo, el equipo desarrolló un soporte activo dedicado.

Mi contribución: diseñé el sistema de control electrónico y de software del soporte activo, y dirigí la validación del sistema.

El reto: aplicar el campo de fuerzas correcto

• En el telescopio, la celda sostiene el espejo en varios puntos de apoyo, que compensan su deformación por la gravedad.
• Durante la medida, el soporte debe aplicar exactamente el mismo campo de fuerzas que la celda del telescopio, con una precisión muy alta en cada fuerza.
• Cualquier error de fuerza aparece en la medida: deforma el espejo y engaña al pulido.

La elección: un soporte neumático controlado

Se compararon dos soluciones: un balancín mecánico pasivo (whiffletree), como en la celda del telescopio, o un soporte neumático. Ganó el soporte neumático: técnica probada en el VLT, campo de fuerzas fácil de modificar, medida continua de las fuerzas y diseño reutilizable para el espejo M3. Su contrapartida: necesita un sistema de control.

• Cilindros neumáticos, cada uno unido a un punto de apoyo del espejo mediante un sensor de fuerza de alta precisión, calibrado alrededor de su fuerza de trabajo.
• Tanques de gas, que actúan como condensadores: filtran las vibraciones del suelo y limitan el efecto de una fuga en la regulación.
• Articulaciones flexibles en la interfaz, lo bastante rígidas para sostener el espejo y lo bastante flexibles para limitar las fuerzas laterales parásitas.
• Un sistema de control que controla todos los cilindros para aplicar el campo de fuerzas nominal, y ajusta a la vez la altura y la inclinación del espejo.

Validar cada bloque y luego el sistema completo

Empecé la validación por los subconjuntos: cada cilindro se calibró, y el conjunto cilindro, sensor y electrónica se probó en un banco dedicado.

• Deriva: la fuerza se mantiene estable durante toda una medida.
• Linealidad: la relación entre fuerza y presión se mantiene lineal, con una histéresis baja, en todo el rango de trabajo.

Después probé el sistema completo con el espejo M2 encima.

• Repetibilidad: una misma consigna, aplicada varias veces, devuelve el espejo a la misma altura e inclinación, holgadamente dentro de las tolerancias exigidas.
• Estabilidad: durante varias horas, la posición del espejo y la fuerza de cada cilindro se mantienen muy estables.

Las prestaciones ópticas

El soporte activo forma parte del banco de medida: sus defectos se verían en ciertas formas de deformación del espejo, como el astigmatismo y el trébol.

• Repetibilidad de la medida: medidas completas repetidas durante varios días quedan muy por debajo de los requisitos del cliente.
• Fuerzas laterales: tras una manipulación pueden aparecer fuerzas en las articulaciones flexibles. Un procedimiento sencillo las libera bajando los cilindros, y la medida recupera su precisión.
• Rotación del espejo: retiramos el espejo, lo giramos y lo volvimos a colocar. Las dos medidas concuerdan, dentro de los criterios fijados. Esta prueba, una de las más exigentes de la validación, duró varios días.

Para recordar

• El soporte activo aplica el campo de fuerzas del telescopio con márgenes holgados respecto a los requisitos del cliente.
• Una medida más precisa permite que el pulido converja más rápido de lo previsto.
• El mismo concepto se reutilizó para el espejo M3 del ELT.

Para saber más

H. Monin, R. Mercier-Ythier, N. Lefeuvre et al., Development of a 18 point active supporting tool for the metrology of the ELT M2 secondary mirror, Proc. SPIE 13021-18 (2024), SPIE · DOI