Mapeado de las estrellas, galaxias y agujeros negros del universo gracias a la precisión de los motores y sistemas de FAULHABER

La tarea es de dimensiones galácticas: durante los próximos cinco años el proyecto SDSS V prevé observar cuatro millones de estrellas y 300 000 agujeros negros, analizar composición de espectros y materiales, reconstruir historias del desarrollo cósmico y verificar modelos físicos del nacimiento de la galaxia.

Entre otros, en este importante proyecto internacional se utilizarán dos telescopios ópticos de gran tamaño situados en el hemisferio norte y sur y la luz de los cuerpos celestes se recogerá mediante fibra óptica. La alineación extremadamente precisa de cada una de las fibras correrá a cargo de 500 pequeños robots accionados por motores FAULHABER.

SSDS significa "Sloan Digital Sky Survey", exploración digital del espacio Sloan, y es una alianza cooperativa de astrofísicos de todo el mundo. A lo largo del año pasado hicieron una presentación del mapa 3D más grande del universo y, con ello, marcaron un hito en la investigación astronómica. Los investigadores, equipados con numerosos telescopios y otros instrumentos científicos, trabajan continuamente en una amplia variedad de proyectos.

El último es el SDSS V cuyo objetivo es facilitar el dar un paso adelante cualitativo en el entendimiento de los procesos físicos del espacio exterior. El proyecto permitirá realizar "la primera observación espectroscópica de todo el cielo en diferentes dimensiones astronómicas de tiempo en el espectro óptico y de la luz infrarroja". En total se estudiarán más de seis millones de objetos.

Cómo se forman los planetas
Entre los objetivos de este reto está la reconstrucción de la historia de la galaxia en la que estamos, la Vía Láctea. Además, los investigadores pretenden buscar el origen de la formación de los elementos químicos, desencriptar los mecanismos internos de las estrellas, investigar la formación de los planetas y responder muchas de las preguntas que siguen sin respuesta acerca de los agujeros negros.

Otro punto importante es el mapeado de las masas de gases interestelares de la Vía Láctea, con una precisión mil veces mayor que anteriormente, con el objetivo de describir los "mecanismos autorreguladores de los ecosistemas galácticos". Los datos relativos a los agujeros negros y utilizados para la medición de la Vía Láctea serán recogidos por dos telescopios de gran tamaño situados en Apache Point, Nuevo México, y en Las Campanas, Chile.

"Mediante la doble perspectiva desde los hemisferios norte y sur podemos ver el cielo en todas direcciones", explica Jean-Paul Kneib, profesor de astrofísica en la Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza. "También hemos utilizado dos telescopios en anteriores proyectos SDSS. Con el SDSS V damos un gran salto adelante en cuanto a la eficiencia de la observación y la cantidad de datos recogidos".

Detección de supernovas
En los telescopios hay fibras ópticas que apuntan a objetos concretos del universo. Las distintas estrellas o los discos de acrecimiento luminosos de los agujeros negros pueden observarse y analizarse con precisión. "Antes, teníamos que tener discos especiales fabricados para cada una de las distintas tareas de observación y la preparación de cada disco tardaba varias semanas. El montaje de las fibras se realizaba luego a mano en los discos, un proceso muy complejo y laborioso", indica Jean-Paul Kneib.

Con la nueva tecnología desarrollada especialmente para el SDSS V, la reorganización de las fibras tardará no más de un minuto en vez de semanas, porque ahora las fibras se recolocan mediante 500 pequeñas máquinas, llamadas "robots" por los astrónomos, situadas en cada uno de los telescopios. Además, esto permite a los investigadores responder inmediatamente a los eventos cósmicos no previstos.

Si, por ejemplo, otros telescopios descubren un evento actual como una supernova, uno de los elementos ópticos se puede alinear con ella sin prácticamente retraso alguno. Esto facilita la realización de un análisis detallado de los procesos químico-físicos en el intervalo de tiempo del desarrollo de la supernova, algo que anteriormente no era posible con este tipo de instrumentación.

Con precisión micrométrica
Cada uno de los pequeños robots consta de dos cilindros compactos colocados longitudinalmente con una extensión curvada en el extremo frontal. El cilindro posterior, más grueso, está fijado al disco del telescopio. Forma una unidad alfa y gira el eje central del robot. En el frontal está la unidad beta montada excéntricamente que mueve análogamente las puntas de las fibras en el extremo curvado formando un recorrido circular.

Mediante la combinación de los dos movimientos axiales, las puntas de las fibras se pueden colocar libremente dentro de una zona circular. Cada círculo cubierto por uno de los robots solapa parcialmente los círculos de las unidades contiguas. Se puede apuntar a cada punto del cielo automáticamente que esté dentro del rango de detección del telescopio.

En el robot pequeño están colocadas tres fibras ópticas. Hay una diseñada para la luz en el espectro visible y otra para el espectro infrarrojo. La tercera se utiliza para la calibración. Con esta ayuda, las puntas de las fibras se pueden colocar en tres pasos con una precisión de solo unos cuantos micrómetros; en una primera alineación aproximada los dos motores giran hasta que la fibra dedicada a la observación apunte al objeto estudiado con una desviación media de 50 micrómetros. A continuación, una cámara del telescopio dirigida a los extremos finales de los robots detecta la punta de la fibra de calibración y mide su posición. En dos pasos adicionales de posicionamiento, el cabezal del robot se coloca con una precisión de más de cinco micrómetros.

Investigación más rápida
"Dado que ahorramos un montón de tiempo con la alineación automática, podemos observar muchos más objetos y realizar, así, un mayor número de mediciones individuales", explica Jean-Paul Kneib. "Este efecto se eleva a una potencia incluso superior gracias a la elevada precisión. El diámetro de las fibras ópticas es de una centésima de micrómetro. El diámetro del punto luminoso de un objeto cósmico observado que llega al telescopio es igual de grande. Cuanto más exacta sea la alineación de estas dos pequeñas superficies, mayor será la potencia luminosa que dispondremos para nuestras mediciones y la rapidez con la que obtendremos resultados válidos".

Los requisitos técnicos previos para esta precisión extrema los facilitan los motores y reductores de FAULHABER junto con la mecánica desarrollada específicamente para esta aplicación por la filial MPS de FAULHABER. Los dos ejes de los robots los accionan servomotores CC sin escobillas de la serie 1218 ... B para el eje alfa y de la serie 0620 ... B para el eje beta. Los dos primeros dígitos del modelo indican el diámetro de los microaccionamientos, doce y seis milímetros respectivamente. Su fuerza se transfiere a la mecánica del robot mediante el uso de reductores planetarios adecuados. La mecánica de los robots empleados aquí la desarrolló y fabricó MPS. Mediante codificadores integrados se informa al controlador de la posición rotativa de los motores.

Precisión sin holgura
"Para alcanzar la precisión necesaria tuvimos que eliminar la holgura del sistema", explica Stefane Caseiro, responsable del diseño de los componentes en MPS. Los ingenieros lo consiguieron, entre otras cosas, mediante la sustitución del acoplamiento convencional entre los ejes de los reductores y los ejes mecánicos del robot por conexiones de brida, y la instalación de un muelle de compresión para que los reductores no tengan holgura. "Solamente localizar los muelles adecuados nos llevó varios meses", recuerda el ingeniero de MPS.

La búsqueda del proveedor correcto para este desarrollo técnico le llevó al equipo del profesor Kneib menos tiempo. "No hay ni tan siquiera unos pocos fabricantes en todo el mundo que puedan fabricar los micromotores con la calidad y durabilidad necesaria", dice el astrofísico. "FAULHABER estaba, por supuesto, en la corta lista de compañías a las que pedimos presupuesto. Ya habíamos trabajado satisfactoriamente con MPS en un proyecto anterior. La proximidad física con los especialistas es, por descontado, una ventaja. La universidad en Lausana está a solo una hora y media de viaje de MPS en Biel. Además de la calidad sobresaliente y las buenas experiencias mutuas, un argumento decisivo fue que FAULHABER, junto con su filial MPS, puede suministrar todo desde una sola fuente".

  Solicite más información…