La ingeniería española que construye los espejos de los grandes telescopios del futuro

Captar la luz de una galaxia requiere de una alta precisión en cada uno de los componentes de un telescopio. Unos artilugios en los que los espejos son piezas clave, por ser los encargados de recoger y concentrar esa luz. Cualquier inexactitud en su fabricación puede afectar a su función.

En los telescopios modernos, estos espejos son capaces de captar señales muy débiles. Para lograrlo su superficie ha de pulirse con gran precisión para que la luz que llega desde las estrellas o de las galaxias se concentre en el punto exacto que requieren estos instrumentos científicos, sea cual sea la distancia a la que se encuentren.

Cuanto mayor sea el espejo, más luz puede captar y más lejos puede observar. Algunos ejemplos de los últimos logros técnicos son el Gran Telescopio Canarias (Grantecan), con un espejo de 10,4 metros de diámetro; y el Extremely Large Telescope (ELT), que se está construyendo en Chile, con una pieza de 39 metros de diámetro.

Cuando las cenizas del volcán de La Palma cegaron al mayor telescopio del mundo

“En óptica de precisión los errores tolerables se sitúan en escalas de millonésimas de milímetro”, explica José Luis Rasilla Piñeiro, jefe del Departamento de Óptica del Instituto de Astrofísica de Canarias y responsable del Centro de Sistemas Ópticos Avanzados (CSOA), a DISRUPTORES - EL ESPAÑOL

De ahí que “las pequeñas deformaciones puedan afectar de manera significativa a la calidad final del elemento óptico”, añade.

Óptica de precisión

En las instalaciones del CSOA, localizadas en Tenerife, se dedican a eso, a fabricar espejos que se integran en los telescopios. En este proceso, primero se pule la superficie del material hasta darle la forma aproximada que se desea; después, se mide su geometría para detectar desviaciones; y finalmente se realizan las correcciones con una máquina pulidora.

Unos pasos perfectamente marcados, pero que implican ciertos problemas por tratarse de ópticas de grandes dimensiones. “Cuando se trabaja con sustratos de vidrio de gran tamaño, su peso puede alcanzar fácilmente varios cientos de kilogramos y cada operación de manipulación introduce pequeñas deformaciones en el material”, señala el responsable del CSOA.

Instalaciones de la nueva torre de metrología del IAC. Tekniker

Aunque esas deformaciones son mínimas, pueden afectar al resultado final. Por ello, el centro necesitaba un sistema que permitiera realizar las verificaciones directamente durante el proceso de fabricación y no posteriormente.

“El CSOA requería un sistema de medición capaz de verificar ópticas de hasta 1,5 metros de diámetro directamente sobre la máquina de pulido, eliminando la necesidad de manipular el sustrato entre las etapas de pulido y medición”, explica Andoni Delgado, responsable de Industria de la Ciencia de Tekniker.

Un sistema de corrección óptica rápida para el mayor telescopio del mundo

Para resolver el reto, este centro tecnológico ha desarrollado una torre de metrología diseñada específicamente para integrarse en el entorno de trabajo del laboratorio. Lo que han conseguido es que las mediciones interferométricas (aquellas que permiten analizar la forma de una superficie) puedan llevarse a cabo sobre las ópticas mientras se encuentran en la propia máquina pulidora.

La complejidad de este logro se debe a que este método de medición compara la luz reflejada por la pieza que se está fabricando con una referencia óptica, lo que no resulta sencillo mientras se está puliendo. Las diferencias entre ambas permiten detectar irregularidades en la superficie del espejo, aunque sean mínimas., y rectificar.

Medir espejos de 1,5 metros

Al ser la estabilidad un factor crítico en este tipo de mediciones, estas pruebas requieren que tanto el sistema de medición como la superficie analizada permanezcan perfectamente alineados y libres de vibraciones, ya que cualquier alteración puede afectar a la precisión de los resultados.

Para salvar este reto, la torre se ha diseñado para que rodeé completamente la máquina pulidora y, al mismo tiempo, albergue los equipos necesarios para analizar las superficies ópticas.

Gracias a esta nueva infraestructura, explica Rasilla Piñeiro, es posible “medir in situ la calidad del pulido y detectar los defectos que deben corregirse sin necesidad de trasladar la pieza”. Esto, además, evita que estas piezas de gran tamaño se deformen durante su manipulación.

Lo que, en consecuencia, "reduce los tiempos del proceso, optimiza el flujo de trabajo y mejora de manera notable la eficiencia en la fabricación de elementos ópticos de alta precisión", apunta el responsable del CSOA.

Para este centro del IAC, la incorporación de la nueva torre de metrología supone un salto cualitativo. Podrán medir elementos ópticos desde unos pocos centímetros hasta aproximadamente 150 cm de diámetro. Entre sus aplicaciones, también figura trabajar con elementos ópticos de instrumentación espacial, tanto para observación astronómica como para observación de la Tierra desde el espacio.