Маленькие опоры SKF Vibracon для Чрезвычайно большого телескопа

Строительство самого большого в мире оптического телескопа, который будет работать в ближней инфракрасной области спектра, производится в Чили. Небольшие детали SKF играют большую роль в будущей точности и технических характеристиках телескопа.

В пустыне Атакам, в Чили, на высоте примерно 3000 метров, обретает форму гигантская конструкция. Телескоп Extremely Large Telescope (ELT), включая конструкцию свода, которая накрывает телескоп, образует массив 86 метров в диаметре. Это примерно соответствует размеру футбольного поля. Оно имеет вспомогательное здание вокруг свода, если учитывать это здание, диаметр увеличивается до 115 метров, с высотой 80 метров, это почти также высоко как лондонский Биг Бен. Ожидается, что проект будет завершен в 2028 г, общие расходы составят 1,4 мл. евро. Сейчас строительство достигло середины.

Телескоп ELT, помимо прочего, будет заниматься поиском экзопланет вокруг других звезд, изучать темную часть вселенной и детально изучать древние галактики. Несмотря на внушительный размер и возможности, работа телескопа будет зависеть от набора регулируемых опор SKF, 80 миллиметров в диаметре.

Рис. 1. Революционный наземный телескоп Европейской Южной обсерватории будет с 39 метровым зеркалом, он будет самым большим в мире для наблюдения в инфракрасном свете.

Итальянский консорциум

В 2016 году, консорциум Ace, основанный Cimolai, ведущей строительной компанией в разработке и строительстве стальных конструкций, выиграл контракт Европейской Южной Обсерватории, межправительственной организации, которая строит ELT на разработку, производство, перевозку и ввод в эксплуатацию свода телескопа и основной конструкции. Свод накрывает и защищает основную конструкцию и включает две огромные сдвижные створки, которые открываются ночью и закрыты днем, защищая внутреннюю часть от ветра, дождя, пыли и света. Внутренняя система кондиционирования обеспечивает температурную стабильность для телескопа и оптомеханических узлов.

Cimolai вовлечены в разработку некоторых элементов ELT, включая механизмы, которые открывают и закрывают створки. Компания также занимается антисейсмическими элементами конструкции и свода, и основной конструкции, так как обсерватория расположена в одной и самых сейсмоактивных зон в мире. Нужно принимать во внимание деформацию из-за таких факторов как сила тяжести, ветер, температура, усадка бетона и усадка земли.

Рис. 2. Второе зеркало ELT вместе с поддерживающей системой весит 12 тонн и будет подвешено в перевернутом виде на 39 метров выше первого зеркала, показанного в центре рисунка. При наведении телескопа, верх второго зеркала будет возвышаться на 60 м над землей.

Главное зеркало критично

Критичная часть телескопа ELT – главное зеркало, зеркало М1, которое собирает свет с неба. «Это критично для всей работы телескопа», говорит Марко Колусси, главный инженер конструктор Cimolai, и главный конструктор проекта.

Способность настраивать и перенастраивать – ключ к успешной работе телескопа

Зеркало 39 метров шириной сделано из 798 шестисторонних сегментов, которые должны сложиться воедино на базовой структуре. Cimolai должна обеспечить, что они были точно собраны на огромной стальной конструкции, чтобы обеспечить оптимальную работу телескопа. Здесь и используются регулируемые опоры.

«Каждый сегмент зеркала поддерживается тремя стальными фланцами», - говорит Колусси. «Каждый фланец установлен на четырех регулируемых опорах Vibracon». Соединение фланец – регулируемая опора действует как специальная пластина между каждым сегментом зеркала и стальной опорной конструкцией. «Способность настраивать и перенастраивать – ключ к успешной работе телескопа», говорит инженер.

Деликатная настройка

Каждая регулируемая опора SKF Vibracon низкопрофильной версии, позволяет осуществлять регулировку на 12 миллиметров. Однако, применение требует более 12 мм регулировки, это означает, что каким-то образом конструкцию нужно изменить.

В первую очередь, инженеры Cimolai добавили дополнительную шайбу – что позволило увеличить диапазон шире, чем 12 мм. «Каждый фланец должен быть установлен и отрегулирован с точностью до десятых миллиметра – на протяжении всего 39 метрового зеркала», говорит г-н Колусси. Опоры также должны умещаться в ограниченном пространстве, таким образом, они не должны быть выше 25 мм.

Специальные проекты иногда требую специальных решений. Одним из самых неожиданных было, что опоры нужно установить в перевернутом положении. «Это помогло нам соблюсти требования к жесткости системы», - говорит г-н Колусси.

Рис. 3. Телескоп ELT на горе Серро Армазонес в чилийской пустыне Атакама будет готов в 2028. Бетонная конструкция будет поддерживать свод высотой 85 метров.

Установка в перевернутом положении

Обычно, опоры устанавливаются меньшим диаметром вверх. Однако, установка таким образом, может негативно повлиять на жесткость. Высокая жесткость критична, так как это позволяет значительно сэкономить в весе. «Если бы опоры были менее жесткими, нам пришлось бы сделать их толще», говорит г-н Колусси.

Более толстые опоры – три на каждый сегмент – добавили бы огромный вес к конструкции и отрицательно бы повлияли на характеристики телескопа: более тяжелая опора зеркала М1 увеличила бы отклонение опорной конструкции, ухудшив характеристики телескопа. «Динамическое поведение всего телескопа также бы пострадало», говорит г-н Колусси, объясняя, что если основание недостаточно точное, жесткое и стабильное, нет гарантии выполнения строгих требований к деформации и повторяемости в течении продолжительного времени, это значит, что верхняя конструкция - зеркало не будет работать должным образом.

Улучшение конструкции Vibracon

По счастливой случайности, конструкция регулируемых опор Vibracon была улучшена на этапе проектирования телескопа, и изменения помогли улучшить конструкцию телескопа. Номинальная нагрузка была увеличена с 90 до 140 кН, и нижнее кольцо стало тоньше. Таким образом, комбинация регулируемости, жесткости и облегчения конструкции в модернизированном варианте, помогла улучшить характеристики зеркала M1.

Для Cimolai, осуществляющей такой огромный проект, это послужило новой отправной точкой. «Это первый телескоп, который мы сконструировали и произвели», говорит г-н Колусси, - «и мы хотели бы расширить свою деятельность в этой сфере. Зеркало M1 – одна из критически важных частей телескопа, и монтажные опоры Vibracon сыграли ключевую роль в конструкции».

Допуск в пределах микрон

При своих огромных размерах, Чрезвычайно большой телескоп (ELT) требует чрезвычайно строгих допусков, чтобы успешно исследовать загадки вселенной.

«Размер футбольного стадиона, но требует допусков в пределах микрон», - говори Рене Вермелен, старший менеджер SKF. «Это по сути швейцарские часы в больших масштабах».

Зеркало M1 – одна из самых сложных частей проекта ELT – с тысячами сложных деталей, включая более чем 9500 опор SKF Vibracon SM 16 ELP-ASTR для каждого из 12 сегментов зеркала.

Регулировка крайне важна, если нужно получить точное изображение. Кроме того, выравнивание зеркала должно быть гарантировано в течение всего срока службы телескопа, в продолжение сотен и тысяч перемещений и в суровых и высоко сейсмичных условиях.

Господин Вермелен сказал, что новая конфигурация регулируемых опор Vibracon была разработана на этапе проектирования. «Мы добавили в наш продукт свойства, которые сделали его более ценными для проекта», сказал он. «Это также обеспечивает более точную настройку: меньше люфт, более точная настройка. Это соответствовало потребностям Cimolai при проектировании».

В 2022 г в SKF разработали крючкообразный радиусный ключ толщиной 2мм. Этот ключ обеспечивает более простую настройку регулируемых опор при монтаже в перевернутом положении.

Некоторые цифры о телескопе ELT

Диаметр основного зеркала: 39 м
Область сбора света: 978 м²
Число сегментов основного зеркала: 798
Вес основной части: 4600 тонн
Вес свода: 6100 тонн
Вес используемой стали: около 10000 тонн
Вес стеклокерамических зеркал: 140 тонн
Запланировано на фазу разработки и строительства: 12 лет
Ожидаемый срок службы: более 30 лет
Общий бюджет: 1,4 млн. евро

Новости мировых производителей подшипников и деталей промышленных трансмиссий (RSS)
Архив новостей

При использовании новостей сайта прямая активная гиперссылка на BERGAB.RU обязательна

Маленькие опоры SKF Vibracon для чрезвычайно большого телескопа