PROGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN Marcos Reyes García-Talavera

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1 INSTITUTO DE ASTROFÍSICA DE CANARIAS PROGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN Marcos Reyes García-Talavera 26 de septiembre 2013 Encuentro RIA-AstroMadrid Desarrollo de instrumentación astronómica en España Instituto de Astrofísica de Canarias 1

2 IAC: Programa de Instrumentación - Estructura y objetivos del IAC Dirección Área de Investigación Área de Instrumentación Área de Enseñanza Administración y Observatorios Centro de investigación astrofísica Desarrollo tecnológico científico Formación de investigadores y tecnólogos Transferencia de tecnología al entorno Gestión de los Observatorios de Canarias Instituto de Astrofísica de Canarias 2

3 IAC: Programa de Instrumentación - Estructura y Objetivos de Instrumentación Diseño, fabricación e integración de instrumentación en el estado del arte, para llevar a cabo los programas de investigación Instrumentación para observatorios terrestres y de espacio Observatorios del IAC en Canarias ESA ESO Ingeniería Producción Óptica Electrónica Mecánica Software Electrónica Mecánica Delineación Mantenimiento Gestión de proyectos Instituto de Astrofísica de Canarias 3

4 IAC: Programa de Instrumentación -Tecnologías Dedicación fundamentalmente a áreas tecnológicas estratégicas necesarias para la instrumentación ( tecnologías habilitadoras ) Diseño y análisis de sistemas ópticos Sistemas de fibras ópticas Sistemas de vacío y criogenia Diseño mecánico y análisis estructural Optomecánica Mecanismos de alta precisión y criogénicos Sistemas para alta resolución (óptica activa y adaptativa) Control y caracterización de detectores FPGAs Sistemas de adquisición de datos en tiempo real Electrónica y software a bordo Colaboración con la industria para el diseño y desarrollo de dichas tecnologías Instituto de Astrofísica de Canarias 4

5 IAC: Programa de Instrumentación - Infraestructura de Instrumentación Laboratorios Optics (clean room) Fiber optics Aluminizing and coatings CAD Mechanical integration Metrology Electronics design, EMC and calibration Detectors laboratory AIV facility for large instruments Instituto de Astrofísica de Canarias 5

6 IAC: Programa de Instrumentación - Infraestructura de Instrumentación Laboratorios Optics (clean room) Fiber optics Aluminizing and coatings CAD Mechanical integration Metrology Electronics design, EMC and calibration Detectors laboratory AIV facility for large instruments Instituto de Astrofísica de Canarias 6

7 IAC: Programa de Instrumentación - Infraestructura de Instrumentación Talleres Mecánica Electrónica Mantenimiento Instrumental Instituto de Astrofísica de Canarias 7 Póster Laboratorio de fibras del IAC, F. Gracia et al Póster Caracterización de detectores astronómicos en el IAC: Infraestructura LISA, Área E. de Joven Instrumentación et al

8 IAC: Programa de Instrumentación -Proyectos en curso - Proyectos terrestres - Proyectos de espacio QUIJOTE EST ESPRESSO (VLT) HARMONI (E-ELT) EMIR (GTC) FRIDA (GTC) HORUS (GTC) MIRADAS (GTC) AOLI (WHT) EDIFISE (WHT) WEAVE (WHT) GRIS (GREGOR) DIMMA (site testing) SOPHI (Solar Orbiter) NISP (EUCLID) IRCAM (JEMEUSO) THERMAP (Marco Polo-R) OGS (Telescopio ESA) - en operación LIRIS (Póster A. Manchado) OSIRIS (Charla J. Cepa) Instituto de Astrofísica de Canarias 8

9 Proyecto QUIJOTE: Conjunto de instrumentos para medir la Polarización en el fondo cósmico de microondas Objetivo científico principal: Detección de los modos B en la polarización del fondo cósmico de microondas y caracterización de la polarización de las emisiones galácticas y extragalácticas entre 10-40GHz. Instituciones y colaboradores: IAC, Instituto de Física de Cantabria, Universidad de Cantabria, Universidad de Cambridge, Universidad de Manchester, IDOM. Responsabilidad IAC: Diseño y construcción de los dos telescopios y edificio. Parte del diseño y construcción, así como el AIV de los tres instrumentos (MFI, TGI y FGI). Instituto de Astrofísica de Canarias 9

10 QUIJOTE Principales Características técnicas Dos telescopios alto-azimutales. Aperturas: 2.25m (primario) y 1.9m (secundario). Diseño: Draconian cruzado para minimizar polarización cruzada. Detectores: HEMTs. Tres instrumentos: - MFI: 2 x 10-14GHz y 2 x 16-20GHz. (280uK/(s) 1/2 NET) - TGI: 31 x 26-36GHz (50uK/(s) 1/2 NET). - FGI: 31 x 37-47GHz(50uK/(s) 1/2 NET). Resolución angular (FWHM): desde 0.92º a 11GHz, hasta 0.26º a 40GHz. Estado del proyecto Junio 2012 : Primer telescopio (QT1) en funcionamiento Octubre 2012: Commissioning del MFI en QT1. Julio 2013: TGI aprueba CDR. Sept 2013: 2º telescopio aprueba CDR Instituto de Astrofísica de Canarias 10 Póster Design and Status of the QUIJOTE Thirty GigaHertz Instrument (TGI), R. Hoyland et al Póster Estatus de los telescopios del proyecto QUIJOTE, V. Sánchez et al Póster The status of the QUIJOTE Multi- Frequency-Instrument, R. Hoyland et al Póster Arquitectura del Sistema de Control de QUIJOTE (MFI), M. Aguiar et al Charla QUIJOTE: Receptores de 30 GHz para el instrumento TGI, E. Artal et al

11 Proyecto EST: European Solar Telescope Objetivos principales: Espectro-polarimetría 2D simultánea de la Fotosfera y la Cromosfera solar. - Proporcionar la próxima generación de infraestructura necesaria para avanzar en la investigación en Astrofísica Solar - Desarrollar nueva instrumentación capaz de cubrir los requerimientos de la futura investigación solar, así como nuevos conceptos de operación Participantes: Instituciones de 15 países europeos. Proyecto vinculado a EAST y SOLARNET. Proyecto liderado por el IAC: Responsabilidad en muchos subsistemas Diseño Conceptual completado en 2011 (financiado por la CE) Avance en aspectos claves en curso (en el marco de SOLARNET) Instituto de Astrofísica de Canarias 11 Charla El Telescopio Solar Europeo: perspectivas para los años venideros, M. Collados Charla MuSICa para el Telescopio Solar Europeo: el primer Image Slicer aplicado a física solar, A. Calcines Póster Diseño óptico del Telescopio Solar Europeo (EST), J. Sánchez-Capuchino et al

12 Proyecto ESPRESSO: Echelle Spectrograph for PREcision Super Stable Observations Objetivo científico principal: Búsqueda y detección de planetas terrestres alrededor de estrellas de tipo solar y algo más frías con la técnica de medida de velocidad radial estelar por efecto Doppler. Precisión = 10 cm/s. Precursor y demostrador en VLT de la tecnología del instrumento HIRES (HI RESolution) para el EELT. Instituciones: Centro de Astrofísica da Universidade do Porto. Universidade de Lisboa, CAAUL and LOLS. INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste. INAF, Osservatorio Astronomico di Brera. Observatory of the University of Geneva. Physics Institute, University of Bern. Instituto de Astrofísica de Canarias. European Southern Observatory. Responsabilidad IAC: Diseño y fabricación de la Opto-mecánica: Banco Óptico y Monturas de elementos ópticos, Especificación, Contratación y Pruebas de la óptica, Diseño y Suministro de Fiber Link y PA-QA. Instituto de Astrofísica de Canarias 12

13 ESPRESSO Principales Características técnicas Banco óptico ultra-estable, Estudios de materiales y tratamientos Tres envolventes de temperatura para llegar a una variación de 0.01ºK Diseño para resistencia a terremotos Control y Aplicación de PA Dos cámaras: azul (380 a 520 nm), roja (520 a 780 nm) Red Echelle de dimensiones 200 x 1200 mm, para alcanzar una resolución espectral de Estado del proyecto Mayo 2013: superado con éxito el FDR : Fabricación del instrumento En marcha ensayos con prototipos de monturas y pegamentos Iniciado proceso de Compra para: Elementos Ópticos, Fibras, Monturas, y Banco Óptico. Póster ESPRESSO Fiber Link, J. L. Rasilla et al Póster Diseño de las monturas opto-mecánicas del espectrógrafo ESPRESSO, S. Santana et al Instituto de Astrofísica de Canarias 13 Charla ESPRESSO para el VLT: Participación del IAC, M. Amate et al

14 Proyecto HARMONI Objetivo científico principal: Exoplanetas y objetos sub-estelares Poblaciones estelares resueltas (espacial y espectralmente) Galaxias con alto desplazamiento al rojo Galaxias ultraluminosas en infrarrojo (ULIRGs) Instrumento de primera luz para el E-ELT! Instituciones: Concepto de Fase A Universidad de Oxford -IP- (UK), ATC (UK), CRAL (F), IAC (E), CAB (E), ONERA (F) y ESO. Responsabilidad IAC: 1. Desarrollo (diseño, fabricación y verificación) y suministro del subsistema Pre-óptica del instrumento. 2. Definición de la arquitectura de control del instrumento. Dirección y coordinación técnica de la ingeniería eléctrica y electrónica, control y EMC del proyecto. 3. Especificación, desarrollo y suministro de la electrónica de control del instrumento y software de control de bajo nivel asociado. 4. Participación en la definición y desarrollo de los casos científicos. Instituto de Astrofísica de Canarias 14

15 HARMONI Concepto actual Delta Fase A Principales características técnicas Instalación en foco Nasmyth Espectrógrafo de campo integral de alta resolución angular optimizado en el óptico infrarrojo cercano ( micras) Criostato cilíndrico rotante de 4m x 3m Temperatura de operación: 70K 4 escalas angulares: 40, 20, 10 y 4 mili-segundos de arco Sistema de Óptica Adaptativa LTAO (Laser Tomography Adaptive Optics) para la escala de 4 mas y GLAO (Ground Layer Adaptive Optics) para las otras escalas. Estado del proyecto Delta Fase A: Re-definición del diseño conceptual del instrumento y del Charla Participación española en proyecto. Finalización: abril de 2014 HARMONI: el IFS óptico-infrarrojo de KO y Fase B: Diseño Preliminar. Julio de 2014 Póster Desarrollo de mecanismos Instituto de Astrofísica de Canarias 15 primera luz para el E-ELT, S. Arribas et al criogénicos para HARMONI, E. Hernández et al Póster HARMONI Pre-Optics and Scale- Changer for the E-ELT, J. Sánchez Capuchino et al

16 Proyecto EMIR: Espectrógrafo Multiobjeto InfraRojo para el GTC Objetivo científico principal: Censo de galaxias en el Universo temprano para el estudio de la formación estelar (z~2-3). Instituciones: IAC, UCM, Laboratoire Astrophysique de Toulouse-Tarbes (LATT, France), Laboratoire d Astrophysique de Marseille (LAM, France). Responsabilidad IAC: Diseño, fabricación, pruebas y puesta a punto en telescopio, excepto el software de preparación de observaciones y reducción de datos. Instituto de Astrofísica de Canarias 16 CSU, Unidad Reconfigurable de Rendijas

17 EMIR Principales Características técnicas Espectrógrafo y cámara en el Infrarrojo cercano (0,9 2,5 micras) Gran campo de visión, 6,6 x 6,6 (6,6 x 4 espec.) 3 grismas para bandas J, H y K Hasta 55 rendijas reconfigurables en frío (posición y anchura) Masa fría, Kg. Criostato de 4,6 m 3 Estado del proyecto Septiembre 2013: primer ciclado con toda la óptica y primera imagen en frío tomada con el Multiplexor 2014: Completar la aceptación en fábrica Junio 2015: Comisionado en GTC Póster El Banco Óptico de EMIR: del papel a la realidad, F. Tenegi et al Póster Evolución en el desarrollo de Instrumentación Infrarroja en el Instituto de Astrofísica de Canarias, P. Redondo et al Charla EMIR, el Espectrógrafo Multiobjeto InfrarRojo para GTC, M. Barreto et al Primera imagen en frío tomada con el Multiplexor Instituto de Astrofísica de Canarias 17

18 Características principales: Proyecto FRIDA: InFraRed Imager and Dissector for Adaptive Optics Cryogenic instrument designed to operate at the diffraction limit in combination with the AO system of GTC in the near infrared domain ( µm): Broad and narrow band Two main observing modes, direct imaging and integral field spectroscopy (IFS) with low (R ~ 1 500), intermediate (R ~ 4 000) and high resolutions (R ~ ). The integral field unit is based on an image slicer (30 slices). Instituciones: UNAM, IAC, UCM, UF, CIDESI Responsabilidad IAC: DAS (Data Acquisition System) Detector Control SW/HW Detector testing and integration High Level Instrument Software Instituto de Astrofísica de Canarias 18 Charla FRIDA: infrared Imager and Dissector for the Adaptive optics system of the GTC, J.J. Díaz et al

19 Proyecto HORUS: High Optical Resolution Ultra-stable Spectrograph Objetivo científico principal: estudio de la composición química de objetos celestes Apertura de GTC a la investigación de nucleosíntesis estelar, la estructura y evolución estelar, la evolución química galáctica o la formación de galaxias. Muy alta estabilidad en longitud de onda ( nm.) para caracterizar planetas en estrellas y descubrir sistemas planetarios a partir de variaciones de la velocidad radial. Instituciones: IAC. Responsabilidad IAC: Diseño y fabricación de la cámara de vacío, electrónica de control y software. Instituto de Astrofísica de Canarias 19

20 HORUS Principales Características técnicas Banco óptico ultraestable. Tres envolventes de temperatura para llegar a 10-3 K. Red echelle de dimensiones 204 x 508 mm 2. Poder resolutivo ~ 50000, con 2-3 pixeles por elemento de resolucion Estado del proyecto Agosto 2013: Realizadas medidas sismográficas en GTC Pruebas de HORS en laboratorio en marcha (Ver póster) Contrato de un nuevo estudio de diseño de cámara de vacío antes de finales de Póster HORS (High Optical Resolution Spectrograph) F. Gracia et al Instituto de Astrofísica de Canarias 20

21 Proyecto MIRADAS: Mid-resolution InfRAreD Astronomical Spectrograph Objetivos científicos principales: Estrellas masivas, estructura interna de la Vía Láctea, evolución galáctica, espectro-polarimetría infrarroja estelar. Instituciones: Univ. de Florida, UB, UCM, IAC, Inst. de Física d Altes Energies, Inst. d Estudis Espacials de Catalunya, UNAM y AVS (socio industrial) Responsabilidad IAC: Software de alto nivel para el control del instrumento y la integración en GCS Características técnicas Multi objeto. 20 mini-ifu articulados Slit slicer para cada mini-ifu Resolución espectral hasta Espectropolarimetría lineal y circular Criogénico Detector IR µ. Mosaico 2k x 4k PDR 2012 superado en noviembre Póster Sistema de Control de MIRADAS, J. Rosich et al Instituto de Astrofísica de Canarias 21

22 Proyecto AOLI: Adaptive Optics Lucky Imager Objetivo científico principal: Instrumento para el visible con el objetivo de obtener imágenes de alta resolución angular, comparable a las obtenidas con telescopios espaciales Instituciones: IAC, Instituto de Astronomía de Cambridge, Universidad de Cartagena, Physikalsiches Institut - Universitat zu Koln Responsabilidad IAC: Integración del instrumento en el IAC, diseño y fabricación del Subsistema de Calibración, integración en telescopio (WHT). Instituto de Astrofísica de Canarias 22

23 AOLI Principales Características técnicas - 4 CCD s tipo electron multiplying de alta sensibilidad. - Toma de imágenes científicas a 25 Hz y uso de la técnica de lucky imaging para obtener alta resolución espacial próxima al límite de difracción. - Corrección previa de las turbulencias con técnicas de óptica adaptativa basada en sensor de curvatura Estado del proyecto Septiembre 2013: Integración y pruebas parciales en WHT : Continuación desarrollo de la óptica adaptativa. Verano 2014: Integración y pruebas en WHT. Instituto de Astrofísica de Canarias 23

24 Proyecto WEAVE: WHT Enhanced Area Velocity Explorer Características principales: - Espectroscopía multiobjeto, hasta 1000 espectros de objetos por exposición, en un campo de 2º de diámetro. - Espectroscopía de campo integral en galaxias, por medio de IFUs. - R=5.000 entre 370 y 950 nm. R= en 435 y 639 nm. - Casos científicos: surveys, evolución de galaxias, cosmología Instituciones: Instituciones de Reino Unido, Holanda, Francia y España. Responsabilidad IAC: - Hardware de Control del instrumento (actuadores, sensores y cableados de conexión). - Participación en el diseño mecánico del soporte para el sistema corrector de foco primario PDR superado en marzo de 2013 Instituto de Astrofísica de Canarias 24 Charla WEAVE: nuevo espectrógrafo multiobjeto para el WHT, J. A. L. Aguerri et al

25 EDiFiSE Equalized and Diffraction-limited Field Spectrograph Experiment Objetivo principal: - Instrumento prototipo, plataforma de ensayo de futuros proyectos de mayor envergadura para ELT s. - Proyecto interno del IAC Características técnicas: - Espectrógrafo de campo integral ecualizado (listo) - Alimentado por fibras atenuables (haz de fibras fabricado) - Acoplado por microlentes - Óptica Adaptativa Low Order y High Order Instituto de Astrofísica de Canarias 25

26 DIMMA: Differential Image Motion Monitor Automatico Objetivo principal: Disponer de un monitor automático de seeing en el ORM y otro en el OT Capaz de operar sin supervisión alguna, y adquirir datos tanto meteorológicos como de calidad de cielo. Proyecto interno del IAC Estado actual: Operación remota en funcionamiento Automatización del enfoque de los instrumentos en fase de prueba Automatización de la adquisición de datos pendiente. Datos de seeing se publican en tiempo real en las páginas Póster DIMMA: Differential Image Motion Monitor Automático, L. F. Rodríguez et al Instituto de Astrofísica de Canarias 26

27 IAC: Programa de Instrumentación -Proyectos en curso - Proyectos de espacio SOPHI (Solar Orbiter) Consultores Correlador Solar, OGSE IRCAM (JEMEUSO) IR Detector (microbolómetro) y Front End Electronics (FEE) NISP (EUCLID) Instrument Control Unit (ICU) THERMAP (Marco Polo-R) Sinergia con JEMEUSO y EUCLID: responsabilidad en el microbolómetro, FEE y ICU Póster NISP (Near Infrared spectrograph) at EUCLID, J. J. Díaz et al Póster An End to End Simulation code for the IR-Camera of the JEM-EUSO Observatory, J. A. Morales et al Charla Situación actual de la misión JEM-EUSO y el experimento EUSO- BALLOON, M. D. R. Frías et al Póster THERMAP (Thermal Map) para MARCO POLO-R, J. J. Díaz et al Instituto de Astrofísica de Canarias 27