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23 de noviembre de 2017

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Unos espejos que rozan la perfección

29/10/2003

Los 36 segmentos que componen el espejo primario del Gran Telescopio CANARIAS (GTC) necesitan de un cuidado exquisito, y no sólo en su fabricación, sino también en su posterior tratamiento para el pulido.

En este reportaje, les vamos a explicar cuál es el proceso de comprobación de calidad una vez que el bloque del espejo sale de la empresa que los fabrica. Más adelante, les hablaremos del proceso de pulido. Todo un esfuerzo para que nada se interponga entre la fiel visión del Universo y nosotros.

¿QUIÉN LOS FABRICÓ?

La compañía alemana "Schott" ha sido la empresa contratada para la fabricación de los 42 bloques (36 más 6 de repuesto) que compondrán el espejo primario del GTC: un gigantesco puzzle de 11,310 metros de diámetro. Estamos hablando de bloques hexagonales de 1.90 metros de diámetro, 8 centímetros de grosor y 470 kilos de peso fabricados en Zerodur™, un material vitrocerámico extraordinariamente homogéneo y muy poco variable a los cambios de temperatura.

Grantecan escogió a Schott conociendo el liderazgo mundial de la empresa alemana en la producción de vidrio óptico y en el desarrollo de materiales vitrocerámicos como Zerodur™, aunque también de otros de uso más cotidianos, como el denominado Ceran™, del que están fabricadas las cocinas vitrocerámicas. Schott produjo también los substratos para los cuatro grandes telescopios VLT de Chile, los dos telescopios Keck de Hawai y los espejos de tres de los satélites meteorológicos "Meteosat-2". Por su parte, los 42 segmentos del GTC ya están fabricados y en proceso de pulido en la factoría de SAGEM en Francia.

COMPROBACIONES

Para comprobar la calidad de los substratos hay que verificar que no haya imperfecciones en el material, ya que esto podría desmejorar la calidad de la imagen producida por los futuros espejos.

Y es que el espejo primario del GTC exigirá de cada uno de sus componentes una perfección que sólo materiales como Zerodur™, uno de los más homogéneos e inalterables del mundo, puede ofrecer. De ahí la meticulosidad en comprobar la calidad de estos substratos. Como explica Javier Castro, responsable de Óptica de la oficina del proyecto, "se trata de detectar pequeñas imperfecciones en un material casi perfecto". Con una dificultad añadida: el gran tamaño de los bloques. Pero, ¿cómo valorar la calidad de un material con unas características difícilmente comparables?

Consiste básicamente en la constatación técnica de cuatro de las propiedades y características de los substratos: dimensiones correctas, coeficiente de expansión mínimo, bajísimas tensiones del material y también mínimos defectos internos.

Además de la medición por coordenadas para comprobar el correcto tamaño de los segmentos –efectuada con una precisión de una centésima de milímetro–, se examina el coeficiente de expansión del material, es decir, la dilatación que experimenta con los cambios de temperatura, que ha de ser mínima para evitar la deformación de los espejos y, con ella, la alteración de la imagen reflejada. Para ello se utiliza un dilatómetro de muy alta precisión específicamente diseñado por Schott para el control de calidad del Zerodur™. Este aparato usa muestras que deben extraerse de restos del material antes de su mecanizado final y, por tanto, provenientes de la misma fundición de la que se extrajeron los segmentos hexagonales del GTC y con la misma historia térmica.

Grantecan, la empresa pública que construye el telescopio, requería un coeficiente de expansión de 0.050 micras / (metro · kelvin). Es decir, un metro de Zerodur™ sólo se expande aproximadamente cinco centésimas de micra (1/20.000 milímetros) por cada grado de temperatura. Dicho de otro modo, sería necesario calentarlo 200 grados para que un metro de Zerodur™ se dilatase tan sólo una micra. Esta dilatación, prácticamente inapreciable, recibe el nombre de "dilatación cero", pues tan sólo unos pocos materiales en el mundo consiguen un coeficiente de expansión tan bajo. Por compararlo con otros, un metro del acero ordinario posee un coeficiente de dilatación de aproximadamente 15 micras por metro y grado de temperatura, y otros materiales cerámicos tan sólo llegan a las dos micras por metro y grado. Según las comprobaciones, los substratos tienen un coeficiente de expansión térmica diez veces inferior a lo requerido.

También se comprueban las tensiones internas del material que, una vez se relajen, pueden provocar la deformación de los segmentos. Esto redundará en que los hexágonos que compondrán el espejo primario mantengan su forma inalterada con el paso del tiempo. Su homogeneidad es tal que, si el hexágono se partiera por la mitad, sus mitades tan sólo alterarían su forma en menos de una micra.

Igual ocurre con los defectos internos del material –tales como pequeñas burbujas de aire–, inevitables en cualquier producto elaborado por fundición. En este caso, el límite en el tamaño de las burbujas de aire que se toleran es de hasta 2 milímetros en el volumen crítico (los 10 mm desde la superficie del espejo hacia el interior del sustrato) y de 5 milímetros en el volumen no crítico.

En la actualidad los substratos, están pasando por el proceso de pulido, proceso que está siendo llevado a cabo por la empresa francesa SAGEM. Pero esta es otra historia que les contaremos más adelante.

Texto: José Manuel Abad Liñán
Natalia R. Zelman

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