Informe y Plan del Proyecto: FRIDA Octubre 2014

Transcripción

1 Informe y Plan del Proyecto: FRIDA Octubre Proyecto en Proceso: FRIDA 2 Responsables Alan Watson: Investigador Principal Beatriz Sánchez: Gestión del Proyecto 3 Descripción FRIDA es un proyecto que comprende el diseño, fabricación y puesta en marcha del instrumento científico destinado a operar con el sistema de óptica adaptativa del Gran Telescopio Canarias. FRIDA será un instrumento infrarrojo optimizado en la banda K, con la capacidad de realizar imagen y espectroscopía integral de campo, cuyo elemento esencial será un rebanador de imágenes de 30 elementos. El diseño óptico del instrumento trabajará al límite de difracción. Esencialmente el proyecto está propuesto para realizarse a través de la participación de miembros de varias instituciones de los 3 países socios de GTC. Las instituciones que participan son la U. de Florida, el IAC, la UCM, el CIDESI y el Instituto de Astronomía de la UNAM como líder del proyecto. Las instituciones involucradas forman un consorcio donde a través de convenios específicos con cada institución se establece perfectamente las responsabilidades, los paquetes de trabajo adquiridos, tiempos y costos necesarios para realizarlos. 4 Importancia para el IAUNAM Para el Instituto de Astronomía es una oportunidad muy importante el llevar el liderazgo de un proyecto de esta envergadura que reditúa, por ejemplo, conocimientos y experiencia tecnológica compartida con el IAC en temas de sistemas criogénicos y otros temas importantes con los demás miembros del consorcio, como el desarrollo de la unidad integral de campo (UF). Cabe destacar que El CIDESI participa en el diseño y fabricación de la mecánica y optomecánica criogénica. Se estima que el crióstato de FRIDA será de aproximadamente 2.0 m 3, algo sin precedentes en el IA. Con este proyecto se obtendrá tiempo garantizado para el uso de FRIDA en el GTC.

2 5 Estado de avance El grupo de ciencia de FRIDA se reunió en febrero en el IAC con el objeto de conocer de primera mano el estado del sistema de óptica adaptativa (GTCAO), ver el progreso en el hardware y software del instrumento, revisión del documento de data reduction and data pipeline. Se hicieron modificaciones menores a los documentos OCD, Observing Modes y Observing Strategies. En abril se concluyó y envió al GTC la documentación correspondiente al plan y procedimientos para la aceptación en laboratorio y en sitio. La oficina de proyecto ha dado el 50% del pago correspondiente al hito, Se esperan los comentarios para realizar las modificaciones correspondientes. Los primeros meses del 2015 se dedicaron a la integración y pruebas del colimador con lentes Dummys de BK7, se volvieron a medir los movimientos relativos entre lentes, gradientes de temperatura en las lentes. Los movimientos de las lentes están dentro de lo permisible en el tolerancing. Es decir que con esa montura optomecánica podemos alinear a temperatura ambiente y permanecen dentro del presupuesto de error en calidad de imagen y movimiento de imagen a temperatura de operación. Los gradientes de temperatura en las lentes también están dentro de lo esperado, con un riego bajísimo de ruptura. Se continuó con la instalación de los equipos necesarios del aire acondicionado en el cuarto de máquinas, para el área limpia que se utilizará en la integración de FRIDA se realizó la instalación de la campana de flujo laminar. Se hizo la instalación eléctrica y de plomería para una tina ultrasónica para limpieza de las componentes de los subsistemas. Se han realizado compras de componentes mecánicos, de electrónica y control, así como de los equipos necesarios para vacío y criogenia, muchos de estos equipos o componentes ya se tienen el IA. Aún hay elementos ópticos que se están cotizando y se espera poder iniciar su proceso de compra a inicios del próximo año, como son las rejillas, se contratarán la manufactura de máscaras y deposición de los recubrimientos anti-reflejantes. Revisión de planos de manufactura de las piezas mecánicas de los subsistemas. Aquí se han encontrado algunos problemas con los diseños de los enlaces térmicos, hubo que recalcularlos y ver que se modificaran los planos para su manufactura. Falta por definir y calcular los enlaces térmicos de los CCC s. Con respecto a la manufactura mecánica CIDESI entregó todas las componentes de la Rueda de Plano Focal, se realizó limpieza y ensamble, desafortunadamente los holders de las máscaras no se pueden utilizar, las precargas calculadas de los resortes no fueron las correctas, ni la manera de posicionar las máscaras, por lo que se rechazaron. Se trabajó en un re-diseño y actualmente están en manufactura.

3 A partir de las pruebas de aceptación del colimador se vio la necesidad de hacer unos últimos cambios al diseño de las subceldas de las cámaras, y optimizar los cálculos de precargas de las lentes, por lo que todas las subceldas se modificarán, el CIDESI está trabajando en los planos de manufactura, en cuanto estén revisados por el IA, se iniciará su manufactura. Se han realizado ajustes para el ensamble de la base fría con sus soportes. Modificación del alojamiento del O ring de la tapa de la Extensión del Criostato de Dove tail a alojamiento de O ring convencional, debido a que en las pruebas de manufactura el acabado de Dove tail no cumple con el acabado necesario para vacío. Se ha avanzado en la soldadura del criostato, y fabricación de las costillas o cartabones de refuerzo, se han colocado únicamente punteados todos los cartabones, es necesario primero hacer los orificios necesarios para los bellows, para los CCC, para la bomba turbo molecular, para la ventana, etc. Se han pulido y caracterizado todas las lentes, en términos de la rugosidad, sólo 3 de ellas no cumplieron con la especificación se han tenido que retocar, aún falta una por concluirse, ésta ha presentado diversos problemas, se trabajará un poco más por segunda ocasión. Las componentes de la IFU que fueron manufacturadas por Corning han sido concluidas hasta con los recubrimientos. La Universidad de Florida ya contrató la manufactura de los espejos de inserción de haz y del relevador de Schwarzschild, se ha tenido que iterar en vario momentos aspectos del diseño y manufactura con la compañía que la realizará. En relación al detector, Teledyne mandó dos detectores H2 para que fueran caracterizados en el IAC se realizó la caracterización, desafortunadamente uno de ellos no sirve, totalmente muerto, El otro no tiene las características para alcanzar a ser un detector de ciencia para FRIDA, por lo que se le ha comunicado a GTC la no aceptación del mismo y el grupo de ciencia acordó realizar una carta rechazándolo y solicitando se adquiera un H2RG, se está a la espera de GTC tome la decisión de que detector se adquirirá. Desde el mes de Abril se contrató a un ingeniero de software, la financiación de otros fondos externos al IAC. Está trabajando sobre todo en la preparación de los simuladores de los mecanismos y utilizarse en el resto de herramientas de software que se están desarrollando en el IAC. Se ha subcontratado a una empresa externa el desarrollo del ETC. El grupo de trabajo del sistema de GTCAO se reorganizó y reanudó sus actividades en el IAC desde abril.

4 El grupo de control de mecanismos en el IA ha hecho pruebas de repetibilidad de micro-interruptor más el mecanismo de activación en el Carrusel de rejillas. Se obtuvieron gráficas de activación y desactivación del micro-interruptor durante la rutina de Home. También se obtuvieron las posiciones finales del mecanismo después de la rutina de Home en cuentas del codificador. Se logró cerrar el lazo de control con el codificador del carrusel de rejillas, las pruebas se realizaron a temperatura ambiente y ya con los programas embebidos en los controladores para manejo de los mecanismos e interfaces en LabView para realizar las pruebas de funcionalidad del subsistema. Estos programas e interfaz se utilizaran en todas las pruebas de cada uno de los subsistemas con adaptaciones acordes a cada subsistema. Se logró la depuración de ruido eléctrico en el cableado del codificador y se han hecho las modificaciones en los planos de tierra y pantallas de cables y de los conectores en FCTF para poder hacer las pruebas criogénicas del carrusel a lazo cerrado. Un aspecto muy relevante es que las pruebas de repetibilidad de posicionado del carrusel a temperatura ambiente, arrojaron repetibilidades del orden de ½ segundo de arco muy dentro de la especificación. Se elaboró un documento definiendo todas las propiedades del control de cada mecanismo que servirá de interfaz con el grupo de control de alto nivel del IAC. Dicho documento contiene las características más importantes de los mecanismos y los parámetros de control de cada uno, así como los registros utilizados en los módulos de control (OMC) correspondientes. Se logró hacer la compra de la mayor parte de las componentes para el gabinete, se ha trabajado en los planos y distribución definitiva del gabinete. Se ha avanzado en el diseño del control del House-Keeping del instrumento donde se utilizará un PLC y una interfaz HMI para facilitar su monitoreo. Se concluyó el diseño de las líneas neumáticas e hidráulicas para las válvulas de las bombas. Se estableció el ruteado final del cableado criogénico de los mecanismos. Determinación de la posición de barrenos para los sujetadores de cables, sensores de temperatura, placas de conectores y resistencias calefactoras metálicas. Se estableció el ruteado final del cableado de la Unidad de Calibración. Determinación de la posición de barrenos para los sujetadores de cables y placas de conectores. Se elaboró el documento correspondiente. Se hicieron dos presentaciones este año sobre el estado y avances de FRIDA al Comité de Seguimiento de GTC. Se tuvieron 4 reuniones por videoconferencia con el grupo de ciencia. 4 videoconferencias con el grupo de control del IAC, 10 reuniones con CIDESI y 35 reuniones con los diferentes grupos de trabajo en el IA-CU con el objeto de coordinar y priorizar los trabajos, planear pruebas, analizar resultados de las

5 mismas, revisar y/o modificar diseños, revisar procedimientos y documentos, entre otras cosas. 6 Participantes en el proyecto del IA durante 2014 Los participantes y breve descripción de sus contribuciones: Alan Watson: tiempo de dedicación 20%, Es el Investigador Principal ha coordinado las reuniones asociadas al grupo de ciencia. Ha hecho la revisión y modificación de los documentos: Data factory pipeline y data reduction, la lista de las palabras clave que deben estar en los encabezados de los archivos fits, y el OCD. Elaboración y buscar consenso en el grupo de ciencia para la carta enviada a Pedro Álvarez, por las cuestiones del detector. José Alberto López: tiempo de dedicación 5%. Es Co-Investigador miembro del grupo de ciencia, participó en las cuestiones del detector. Beatriz Sánchez: tiempo de dedicación 75%. Responsable de la gestión y administración del proyecto; de la gestión de la documentación y base de datos. Organización, coordinación y participación en las reuniones de trabajo de todos los grupos de trabajo de FRIDA, ya sea de forma presencial o por videoconferencia con las instituciones nacionales e internacionales. Se ha hecho un seguimiento puntual de todas las tareas y del desarrollo del proyecto. Participa y coordina la elaboración y revisión de toda la documentación del proyecto. Preparación, revisión y priorización de las listas de materiales que se adquieren en todas las áreas. Contratación y seguimiento de las tareas de las instalaciones del cuarto de máquinas, para su conclusión. Elaboración de informes y solicitudes de recursos y proyectos en todas las instancias, como DGAPA, CONACYT y la administración central de la UNAM. Participación en la revisión de planos de manufactura de las piezas mecánicas, en las mejoras de los diseños de los holders de las máscaras y filtros, así como de las cámaras. Participación en la instalación de la tina ultrasónica. Participación en la elaboración y desarrollo de las pruebas de los subsistemas. Salvador Cuevas: tiempo de dedicación 65 %. Responsable de toda la óptica del instrumento. Está realizando la supervisión de la fabricación de la IFU. Análisis de la rugosidad y calidad de las piezas de la IFU. Se está haciendo un nuevo Tolerancing de FRIDA (Error Budget) que incluye ahora los métodos de alineación de la óptica y el movimiento estimado de las lentes al enfriar el instrumento. Ha apoyado el análisis e interpretación de las medidas del prototipo del colimador. Participación y asistencia en las pruebas de caracterización de rugosidad de las lentes. Presentó como responsable la solicitud un proyecto CONACYT para el

6 desarrollo de sistemas ópticos criogénicos en apoyo a FRIDA, paso la primera etapa y estamos a la espera de ver si es aceptado en definitiva. Ha participado en las mejoras de los diseños de los holders de las máscaras y filtros, así como de las cámaras, realizó los cálculos de los resortes, para que las precargas fueran las adecuadas. Carlos Espejo: tiempo de dedicación 95 % Es responsable de todas las tareas relacionadas con el ensamble, integración y pruebas del proyecto, realiza conjuntamente con todo el equipo la definición de todos los procedimientos de limpieza, ensamble y validación de subsistemas, y todo lo relacionado con vacío y criogenia. Ha participado en el análisis de los resultados de las pruebas y mejoras de los diseños de los holders de las máscaras y filtros, así como de las cámaras. Se han definido los algoritmos para que el grupo de control desarrolle el diseño del House-Keeping. Revisión de los documentos de procedimientos de las pruebas de aceptación en laboratorio y en sitio. Rubén Flores: tiempo de dedicación 805%. Responsable del control de mecanismos del instrumento. Por lo que ha coordinado y participado en las labores del grupo descritas anteriormente así como en las pruebas de prototipos. Ha hecho el desarrollo del software embebido preliminar de los mecanismos de las ruedas de filtros y del carrusel de rejillas. Desarrollo del cálculo analítico (en hoja de cálculo) de la corriente de los motores de pasos de todos los mecanismos de FRIDA. A coordinado y participado en la definición y revisión de los diagramas de la electrónica, en la distribución de componentes en los gabinetes, en la realización de listas de componentes, en el diseño de los cableados a temperatura ambiente y criogénico. Determinación de la estructura del PLC para el sistema de control del House-Keeping Gerardo Lara: tiempo de dedicación 100% Ha participado en todas las tareas del grupo de control de mecanismos descritas arriba, es responsable del realizar todos los planos del sistema de control, de la distribución de las componentes en el gabinete y depurar las listas de componentes de control y la tabla de compra de componentes de acuerdo a la última versión de diagramas. Realizó los cálculos de corrientes para los componentes del gabinete de acuerdo a los datos del fabricante. Hizo un cálculo de consumo de potencias para el gabinete de la electrónica. Da seguimiento a las compras de las componentes y equipo de electrónica y control. Leonardo Garcés: tiempo de dedicación 90%. Elaboración de un documento sobre el consumo de corriente de la electrónica de FRIDA, a través de pruebas de laboratorio y revisión de la documentación de los fabricantes de las componentes a utilizar en el gabinete del instrumento. Ha participado en todas las tareas del grupo de control de mecanismos descritas arriba. Definición y cotización de algunas componentes del House-Keeping. Colaboración en la elaboración de procedimientos de

7 pruebas y participación en pruebas en el Carrusel de Rejillas para la caracterización de las señales del codificador. Participación en pruebas. Ha sido el responsable del diseño del ruteado criogénico con el apoyo del modelo de Solid Works y revisión con CIDESI para su futura implementación. Estudio del PLC que se utilizará para el control del House-Keeping de FRIDA. Familiarización con los procesos y algoritmos de monitoreo necesarios en el funcionamiento del criostato de FRIDA. Oscar Chapa: tiempo de dedicación 70% Coordina y realiza las tareas de manufactura de las componentes y él es el que coordina y participa en la caracterización de las lentes en el ZYGO y con el perfilómetro. En la sección anterior se ha dado el detalle del avance en la manufactura óptica. Es el responsable de las cotizaciones y compra de los materiales ópticos y componentes que se adquieren para el desarrollo del proyecto y mejora de la infraestructura del laboratorio y del taller de óptica. Participación en la revisión de planos de manufactura de las piezas mecánicas, en las mejoras que han sido necesarias en los diseños de los holders de las máscaras y filtros, así como de las cámaras. Luis Carlos Álvarez: tiempo de dedicación 65%. La principal actividad ha sido el generado esmerilado y pulido de las componentes ópticas. Participa también en los procesos de caracterización de las componentes en el Zygo y perfilómetro. Es el responsable del diseño de la unidad de calibración. Carolina Keiman: tiempo de dedicación 80%. Participación en el desarrollo de todas las tareas relacionadas con el ensamble, integración y pruebas del proyecto, realiza conjuntamente con todo el equipo la definición de todos los procedimientos de limpieza, ensamble y validación de subsistemas, y todo lo relacionado con vacío y criogenia. Participó en la elaboración de la documentación de procedimientos de las pruebas de aceptación en laboratorio y en sitio. Ha participado en el análisis de los resultados de las pruebas y mejoras en los diseños correspondientes. Se han definido los algoritmos para que el grupo de control desarrolle el diseño del House-Keeping y todos los diagramas de los algoritmos ella los ha documentado. Participación en la revisión de planos de manufactura de las piezas mecánicas, en las mejoras en los diseños de los holders de las máscaras y filtros, así como de las cámaras. Ha realizado los reportes detallados de todas las pruebas de los prototipos y de los análisis correspondientes. Jorge Fuentes: tiempo de dedicación 50%. Ha realizado el análisis de los datos obtenidos en las pruebas de validación del colimador, ha optimizado los programas de análisis de los datos obtenidos en el laboratorio. Es el responsable de la elaboración del documento de procedimientos de verificación de subsistemas. En él se describen los

8 procedimientos específicos y detallados para la validación de cada especificación de todos los subsistemas que conforman el instrumento. 7 Financiamiento durante 2015 Se tiene el financiamiento del GTC para el desarrollo del instrumento FRIDA y por parte de la Cátedra Blas Cabrera que se ha usado principalmente para viajes y reuniones de trabajo del proyecto. Se obtuvo el financiamiento por parte de la administración central para finalizar las instalaciones del cuarto de máquinas y dejarlo totalmente operativo, así como para la campana de flujo laminar y su instalación en el espacio debajo de la plataforma de la torre de óptica, donde se integrará FRIDA. 8 Participantes en el Es necesario seguir contando con la participación y dedicación de todos los miembros del equipo solicitado, para el año en curso y los venideros, será de vital importancia, ya que es un grupo formado y acoplado a las exigencias que demandan proyectos como éste. Se continuará con la compra de materiales, componentes y equipos. El CIDESI ira concluyendo los mecanismos, la mecánica de la base fría, criostato y mecánica de las cámaras y espectrógrafo. Se espera concluir con la fabricación de todas las componentes ópticas y su caracterización. Se enviarán a recubrir. Se iniciará la integración y pruebas a nivel de subsistema. Los participantes serán: Alan Watson: tiempo de dedicación 10%. Investigador Principal. José Alberto López: tiempo de dedicación 5%, Co-investigador asociado al grupo científico. Salvador Cuevas: tiempo de dedicación 65 % Responsable de la óptica. Por lo que participará en su caracterización, en la integración y pruebas de cada uno de los subsistemas ópticos. Beatriz Sánchez: tiempo de dedicación 90 % Gestión y administración del proyecto, participación en los procesos de AIV. Participación en la preparación de infraestructura. Carlos Espejo: tiempo de dedicación 90 % Responsable de Ensamble, integración y pruebas (AIV).

9 Rubén Flores: tiempo de dedicación 85 % Responsable del diseño y elaboración del control de mecanismos, se realizará la integración y pruebas de los subsistemas. Gerardo Lara 100% Participación en elaboración del cableado, integración y pruebas de control de mecanismos, del House-Keeping, y gabinete de la electrónica. Oscar Chapa 60% Responsable de la fabricación de todas las componentes ópticas. Seguirá participando en la conclusión de los maquinados necesarios para el montaje de las lentes, en la caracterización y pruebas de cada uno de los subsistemas ópticos. Luis Carlos Álvarez 50%, Hará la integración y pruebas de la unidad de calibración. Seguirá participando en la conclusión de los maquinados necesarios para el montaje de las lentes, en la caracterización y pruebas de cada uno de los subsistemas ópticos. Carolina Keiman 80 % Participación en todas las tareas de AIV y en la preparación de infraestructura y documentación de las pruebas desarrolladas. Leonardo Garcés 90% Participación en las labores de cableado y responsable específico del cableado criogénico, integración y pruebas del control de mecanismos. Jorge Fuentes 60%. Continuar apoyando con la elaboración y realización de los procedimientos de pruebas a nivel de subsistemas y del instrumento completo, de su caracterización y de su calibración en el laboratorio. 9 Calendario Debajo se presenta una tabla con los principales hitos del proyecto. Si se requiere mayor detalle, favor de solicitarlo. Milestones Date Presentación del proyecto Noviembre 2004 Revisión del diseño óptico Mayo 2006 Firma del contrato Julio 2006 Confirmación de la compra del detector de ciencia Diciembre 2006

10 Cierre del Diseño preliminar Septiembre 2008 Validación de prototipos y desarrollo del diseño detallado Entrega para la caracterización del detector científico al IAC. Noviembre 2009 Este detector fue asignado por la GranTecan al proyecto EMIR. Se está a la espera de la adquisición de un nuevo detector. Revisión de Diseño Crítico (CDR). Aceptación definitiva mayo Entrega de la Documentación para los Procedimientos de Pruebas y Aceptación del Instrumento. Revisión: Aceptación en Laboratorio Septiembre 2011 Abril 2015 Principios de 2017 Entrega en Sitio 2017 Aceptación en Sitio Dentro de los 6 meses posteriores a la entrega. 10 Necesidades de infraestructura Espacio del laboratorio de detectores, del de películas delgadas y vacío, necesitaremos utilizar la bomba turbo molecular, válvula de compuerta, espectrómetro de masa. Taller de óptica para la fabricación de las lentes y para su caracterización el laboratorio de óptica, el Zygo, el banco de alineación ALBatros, el telescopio de alineación y los de autocolimación. La torre de óptica será el espacio de integración de subsistemas y debajo de la grúa para poder hacer la integración, pruebas y aceptación de FRIDA, tanto a temperatura ambiente, cómo a temperatura criogénica. 11 Financiamiento requerido en 2016 Como se comentó antes el proyecto es financiado por GTC y las instituciones participantes buscan financiamiento concurrente. Si el proyecto CONACYT que está en proceso de evaluación es aceptado, el proyecto no prevé requerir recursos económicos para adquisición de componentes y partes.

11 12 Dificultades encontradas Además de las naturales de un proyecto de esta envergadura. Este año y el anterior ha sido muy complicado el manejo con GRANTECAN por los problemas con el detector y el sistema de óptica adaptativa. Además el CIDESI ha realizado una re-asignación del grupo de trabajo y realizó remodelación de sus talleres y cambios de maquinaria de manufactura, por lo que se ha retrasado notablemente en el calendario de manufactura y se ha llevado su tiempo que adquieran los nuevos ingenieros el expertís necesario en los diseños, así como los técnicos de manufactura con las nuevas máquinas, hemos rechazado varias veces piezas y hemos tenido que trabajar nuevamente muy de cerca revisando cálculos, diseños y planos de manufactura. Ninguna 13 Otra Información Relevante 14 Información sobre Convenios Relevante El Proyecto FRIDA tiene un contrato con la Oficina de Proyecto GRANTECAN. Para el diseño, construcción y puesta en marcha del instrumento en el GTC. Y cómo este es un proyecto multi-institucional se han firmado convenios de colaboración con: el Instituto de Astrofísica de Canarias, la Universidad de Florida (2, uno para la IFU y otro para la Unidad de enfoque), la Universidad Complutense de Madrid, y el Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial CIDESI). Todos debidamente oficializados ante las instancias correspondientes Atentamente Atentamente M. en I. Beatriz Sánchez y Sánchez Alan Watson Cd. Universitaria a 3 de Noviembre de 2015