بومی‌سازی ۱۰ بخش اصلی رصدخانه ملی از سوی محققان ایرانی

به گزارش ایسنا، رصدخانه ملی تا رسیدن به بهره برداری اولیه، حکایت ۲۵ سال تلاش محققان ایرانی است که با همکاری مشاوران بین المللی اجرایی شده است.

این رصدخانه بزرگترین پروژه ملی علمی کشور در حوزه نجوم است که در دستور کار پژوهشگاه دانش‌های بنیادی قرار دارد و اکنون در قله‌ ۳۶۰۰ متری (گرگش) که طی مطالعات مکان یابی ۶ ساله انتخاب شد، عملیات عمرانی آن، مراحل پایانی را می‌گذراند و به گفته‌ مجریان این طرح در صورت تامین اعتبارات مربوط به آن می‌توان امید داشت در آینده نزدیک، اولین نورگیری این پروژه عظیم نجومی صورت گیرد.

این طرح، ترکیبی از فناوری‌های حوزه مکانیک، اپتیک، سخت افزارها و نرم افزارهای کنترل در درون سازه ۹۰ تنی است که باید آینه آن را با دقت ۵ ده هزارم درجه در حضور باد به صورت بی درنگ کنترل کند.

به گفته محققان، برای ساخت این رصدخانه بیش از ۱۲۰ هزار قطعه مکانیکی و اپتیکی به کار گرفته شده است و در نهایت به کمک این تلسکوپ می‌توان کهکشان‌های پر حجم در فاصله ۶۶ میلیارد میلیارد کیلومتر را رصد کرد.

این رصدخانه هشتمین رصدخانه در نیمکره شمالی زمین است. در نیمکره شمالی زمین رصدخانه‌هایی، از اسپانیا تا هند ایجاد شده و رصدخانه ایران نیز یکی از این رصدخانه‌ها به شمار می‌رود.

این طرح بعد از افتتاح، با برخی انتقادات روبرو شد!

بر این اساس انجمن نجوم ایران طی انتشار بیانیه‌ای درباره رصدخانه ملی ایران با انتقاد نسبت به افتتاح زودهنگام مهمترین طرح کشور در حوزه نجوم، تاکید کرد که رونمایی نابهنگام از رصدخانه بیشتر اقدامی نمادین بوده و برگرفته از فشارهای غیر کارشناسی خارج از ساختار دانشگاهی و پژوهشی؛ اقدامی که می‌تواند آینده این پروژه کلان ملی را به مخاطره اندازد و فراتر از آن، روند نجوم حرفه‌ای را در کشور با نابسامانی روبرو کند!

پس از این بیانه بود که مجله "ساینس" نیز گزارشی انتقادی در این رابطه منتشر کرد.

در این گزارش به نگرانی‌های "منصوری" مدیر سابق پروژه رصدخانه ملی اشاره شده و چنین نگاشته شده است: «منصوری نگران است که ممکن است تغییرات اخیر در طراحی، رصدخانه ملی ایران را با مشکل روبرو کند. اگرچه او دیگر به اسناد علمی رصدخانه ملی ایران دسترسی ندارد اما به ادعای او تصاویر موجود از این مرکز گویای آن است که مدیریت، طراحی اصلی را به قیمت کیفیت تصویر به شدت تغییر داده است!

به عنوان مثال آینه تلسکوپ به اندازه کافی بالاتر از سطح زمین قرار نگرفته تا نوسانات حرارتی آن کاهش یابد و محفظه تلسکوپ نیز فاقد آفتابگیرهای تهویه مورد نیاز برای کاهش تلاطم است. او می‌ترسد که ایران با داشتن این رصدخانه به جای رسیدن به سطح استاندارد و سطح یک جهانی به یک رصدخانه جهان سومی تبدیل شود!»

البته این گزارش ساینس واکنش مشاوران ارشد بین‌المللی این پروژه کلان ملی علمی ایران را نیز در پی داشت به طوری که بلافاصله پس از گزارش ساینس، این گروه برجسته علمی بیانیه‌ای را صادر کردند که در نهایت ساینس مجبور به انتشار آن شد. این افراد که خود از صاحب نظرترین افراد جهان در حوزه نجوم می باشند در بیانه خود اعلام کردند که تیم پروژه رصدخانه ملی ایران در شرایط دشوار اقتصادی و البته همه‌گیری کووید-۱۹ کار کرده است و آنها لایق اعتبار و احترام قابل توجهی هستند.

آنها همچنین اعلام کردند که اطمینان دارند رصدخانه ملی ایران توانایی تحقق به موقع پروژه را دارد و از پژوهش دانشمندان ایرانی، پشتیبانی و حمایت خواهند کرد.

پس از انتشار گزارش مجله ساینس، دکتر محمدجواد لاریجانی رییس پژوهشگاه دانش‌های بنیادی، نیز بیانیه‌ای را منتشر کرد.

وی در این بیانیه از اجرای پروژه رصدخانه ملی با عنوان "حادثه مهّم سپهر علمی" یاد می‌کند و یادآور می‌شود که رصدخانه تاسیس شد! تلسکوپ نیز با بیش از یکصد هزار قطعه توسط صنایع داخلی و با طراحی تیم علمی رصدخانه و با مشورت و تایید صاحب­نظران و شورای علمی بین‌المللی طرح! آماده ورود به مرحله راه‌اندازی شد. این حادثه، که بیش از ساخته شدن رصدخانه است: عملاً نشان داد ما می‌توانیم.

وی با اشاره به برگزاری مراسم افتتاح این رصدخانه در روز ۷ تیر ماه تاکید می‌کند: این مرحله یک تا دو سال ان‌شاء‌الله به طول می‌انجامد و امیدواریم که در همین مدت نگین پروژه‌های علوم پایه کشور، جاذب درخشش‌های افق‌های دوردست باشد!

دکتر لاریحانی همچنین به برخی انتقادات درخصوص افتتاح این پروژه اشاره کرد و با بیان اینکه این انتقادات هیج شباهتی به نقد علمی و فنی ندارد، اظهار کرد که در فضای علمی کشور، همگان می‌دانند که: پژوهشگاه دانش‌های بنیادی میدان نقد است، نقد علمی و اصولی و دقیق و حدّی هم ندارد. از سوی دیگر پژوهشگاه خانه همّت‌های بلند است: آوردن اینترنت به کشور، همکاری با سِرن، آزمایشگاه علوم شناختی در کنار تحقیقات عمیق و ریشه‌ای در حوزه علوم پایه. اگر نگرانی مدعیان علمی است، شورای مشورتی بین‌المللی طرح، پاسخ روشنی به مجموعه ادعاها داده است. نگاهی به سوابق اعضای شورا می‌تواند اعتبار علمی این پاسخ را مشخص کند.

رصدخانه از انجام تا سرانجام

با تمام این تفاصیل، در حالی برخی این انتقادات نسبت به این طرح ملی عنوان می‌شود که علاوه بر ساخت سازه، محققان کشور موفق به اجرایی سازی بخش‌های مهم این رصدخانه چون آینه اصلی و ثانویه، سامانه اپتیکی، گنبد تلسکوپ، سازه نگهدارنده آینه اصلی، سامانه کنترلی، سازه مکانیکی، پالایشگاه، سامانه میدان دید باز و اتاق رصد و ساختمان لایه نشانی در ارتفاع ۳۶۰۰ متری از زمین شدند.

با پایان نصب و آغاز مرحله راه‌اندازی، این رصدخانه میزبان تلسکوپ ۳.۴ متری شد و در این راستا از سوی پژوهشگاه دانش‌های بنیادی گزارش جامعی از طرح رصدخانه ملی ایران ارائه شده است که به این شرح زیر است:

تلسکوپ ۳.۴ متری توسط تیم مهندسی رصدخانه ملی در پژوهشگاه دانش‌های بنیادی به طور کامل طراحی و پس از دریافت تاییدیه متخصصان و شورای مشورتی بین المللی، برای ساخت به صنایع داخلی واگذار شد و چندین شرکت داخلی ساخت و تامین تجهیزات آن را بر عهده داشتند، ضمن آنکه سامانه جامع نرم افزاری و سیستم‌های کنترل تلسکوپ توسط تیم مهندسی رصدخانه به اجرا درآمده است.

این نخستین سازه عظیم و در عین حال دقیق ساخت ایران است که فناوری‌های "اپتیک"، "مکانیک" و "کنترل نرم افزار و سخت افزار" در آن به کار رفته است.
آینه اصلی ٣٤٠ سانتی‌متر قطر دارد و ضخامت آن ۱۸ سانتی‌متر است. صافی سطحی آینه کمتر از ۲ نانومتر است و بر روی پایه سمتی-ارتفاعی قرار می‌گیرد.

قطر آینه ثانویه ۶۰ سانتی‌متر و صافی سطح آن بهتر از ۲ نانومتر است. آینه اصلی به وسیله سامانه اپتیک فعال پشتیبانی می‌شود که می‌تواند با اعمال نیرو با دقت ۰.۳ نیوتن به آینه از ابیراهی‌های اپتیکی تلسکوپ که ناشی از تغییر زاویه و دما است، بکاهد.

همچنین آینه ثانویه تلسکوپ با یک سامانه عملگر ۶ محوره کنترل با دقت جابجایی خطی یک میکرومتر و زاویه‌ای یک ثانیه قوسی هدایت می‌شود تا هم محوری اپتیکی تلسکوپ تامین شود.
میدان دید تلسکوپ ۲۰ دقیقه قوسی است و می‌تواند اجرام آسمانی را با دقت ۰.۲ ثانیه قوسی ( حدود ۰.۰۰۰۵ درجه قوسی)، در حضور جریان باد، دنبال ‌کند. طراحی اپتیکی تلسکوپ از مدل کاسگرین (ریچی- ‌کرتین)، آینه اصلی یک حفره مرکزی ۷۰۰ میلی‌متری دارد.

هذلولی بودن آینه‌ها، خطاهای اپتیکی اطراف محور اپتیکی در تلسکوپ را کمینه می‌کند. این نوع طراحی اپتیکی در رصدخانه‌های مهم و مدرن امروزی در جهان بیش از گذشته یافت می‌شود.

سامانه اپتیکی تلسکوپ رصدخانه ملی

سامانه اپتیک فعال زیرمجموعه سامانه کنترل تلسکوپ است و وظیفه دارد در هر ثانیه، یک بار شکل آینه را بررسی کند و دستور اصلاحات احتمالی لازم را برای برگرداندن آینه به حالت ایده‌آل، به سامانه اپتیک فعال ارسال کند.

برای داشتن تصویری ایده‌آل، آینه باید در بهترین فرم خود باقی بماند؛ بنابراین، آینه اصلی به وسیله یک سامانه فعال پشتیبانی می‌شود تا همواره در حالت معلق قرار داشته باشد و تاثیر جاذبه زمین بر آینه خنثی شود.

علاوه بر این، سامانه اپتیک فعال باید فرم آینه را در حالت مطلوب نگه دارد تا ابیراهی(انحراف) اپتیکی تصحیح شود. ابیراهی اپتیکی در تلسکوپ به دو دسته تقسیم می‌شود که بخشی از آن به وسیله حرکت آینه ثانویه و دسته دیگر به وسیله انعطاف آینه اولیه تصحیح می‌شود.

سنسور جبهه موج که در آداپتور قرار می‌گیرد، ابیراهی را می‌سنجد و در صورت وجود ابیراهی فراتر از حد مجاز، به سامانه اپتیک فعال اطلاع می‌دهد تا ابیراهی را تصحیح کند. سامانه اپتیک فعال از ۶۰ عملگر پنوماتیک در سطح پشت آینه اصلی تشکیل شده که با تنظیم این عملگرها شکل آینه تغییر می‌کند تا ابیراهی اپتیکی تصحیح شود.

رصدخانه ملی ایران اکنون با پایان مرحله ساخت و نصب محفظه و تلسکوپ، وارد مرحله مهم بعدی، یعنی فاز راه اندازی شده است. در اجرای طرح رصدخانه ملی ایران، تا کنون حدود ۲،۵ میلیون نفر-ساعت صرف مطالعه، طراحی، مهندسی و ساخت شده و بیش از ۱۰۰ هزار قطعه اپتیکی، مکانیکی و کنترل در ساخت تلسکوپ و گنبد به کار رفته است.

در مرحله راه اندازی، سیستم کنترل هدف گیری و رهگیری تلسکوپ ابتدا با بهره گیری از یک اپتیک پشتیبان مرحله نورگیری مهندسی را طی می‌کند و در پایان این مرحله و قبل از استقرار آینه‌های اولیه و ثانویه، تمام بخش‌های تلسکوپ و گنبد می‌بایست عملکردی مشابه آنچه در اسناد مشخصات ذکر شده است، داشته باشند (به جز بخشی که فقط با کمک آینه اصلی مشخص می‌شود).

سامانه‌های کنترلی و حرکتی تلسکوپ، هم محوری مکانیکی، کنترل محفظه و زیرسامانه‌های مربوط، در شرایط سایت، طی برنامه‌ای چند ماهه آزموده می‌شوند.

نورگیری تا بهره‌برداری

پس از پایان موفق نورگیری مهندسی، آینه اصلی و ثانویه پوشیده شده با آلومینیوم خالص بر روی تلسکوپ مستقر می‌شوند. در این مرحله، هم محوری اپتیکی و تنظیمات مرتبط با آن و همچنین سیستم اپتیک فعال، مورد آزمون‌های عملکردی با بهره گیری از نور ستاره‌ها قرار می گیرند و با پایان یافتن مرحله نورگیری، فرآیند تایید علمی (science verification) کلید زده می‌شود.

در این مرحله تعدادی رصد آزمایشی با کمک منجمان انجام خواهد شد تا از قابلیت تلسکوپ برای طیفی از رصدها مانند رصد ستارگان، کهکشان‌ها یا نظایر آن اطمینان حاصل شود. پایان مرحله تایید علمی آغاز بهره برداری علمی را کلید می‌زند.

گنبد تلسکوپ

گنبد تلسکوپ، یک ماشین به ابعاد تقریبا ۱۶متر در ۱۶ متر مجهز به ۸ چرخ است. ۴ عدد از این چرخ‌ها محرک و ۴ چرخ دیگر هرزگرد هستند، ولی همه چرخ‌ها در تحمل بار مشارکت می‌کنند.

حدود ۲۰ قطعه متحرک غول‌پیکر دیگر مانند شاترها، پنجره‌های هواشویی، سپر باد، سپر ماه، جرثقیل و… روی این سازه عظیم و وزین ۲۵۰ تنی، که با دقت دهم درجه می‌چرخد و با تلسکوپ همگام است، قرار دارند. برخی از این قطعات در کمتر گنبدی در جهان وجود دارند. گنبد رصدخانه در عین محافظت از تلسکوپ در برابر شرایط محیطی، با دوران همزمان با تلسکوپ، شرایط را برای رصد آسمان فراهم می کند.

نمایی از گنبد رصدخانه ملی

گنبد رصدخانه ۵ دریچه هواشویی دارد که باعث می‌شوند جریان هوا موقع رصد از روی آینه‌ تلسکوپ رد شود و ریزتلاطم‌هایی که به خاطر اختلاف دمای آینه و محیط به وجود می‌آیند، شسته شوند. در پنجره‌های گنبد، هیج المانِ سازه‌ای مانع عبوردهی باد نمی‌شود و به این ترتیب باد بکر قله، به نرمی بر روی آینه می‌وزد و هواشویی را انجام می‌دهد.

کل سازه در برابر بادی با سرعتی معادل ۲۲۰ کیلومتر بر ساعت مقاوم ‌است و آن هم نه تنها بر اساس استحکام، بلکه بر اساس خیز؛ یعنی آب‌بندی سازه هم مشکلی پیدا نمی‌کند. در طراحی و ساخت سازه‌ رصدخانه، عوامل دیگری نیز مانند ارتعاشات ریز کوهستان لحاظ شده‌اند که خود تلسکوپ را از گنبد ایزوله می‌کند.

سازه نگهدارنده آینه اصلی

فرآیند ساخت سازه نگهدارنده آینه از سال ۱۳۹۷ و بعد از اتمام طراحی‌ها آغاز شد. این قطعه یکی از قطعات مهم تلسکوپ است که آینه بر روی آن قرار می‌گیرد و علاوه بر نگهداری آینه باید به بازوهای عملگر اجازه بدهد تا تغییرات شکل آینه را کنترل کنند و فشارهای وارده به آینه را نیز از بین ببرد.

برای ساخت این قطعه بیش از ۳ هزار فرآیند سوراخ کاری، جوشکاری و ماشینکاری بر روی قطعه صورت گرفت و در نهایت نیز با استفاده از شبیه‌ساز تلسکوپ که آن نیز در کارخانه ساخته شده بود، تست‌های صحت‌سنجی را گذراند.

نگهدارنده آینه اصلی بر روی شبیه ساز تلسکوپ

سازه مکانیکی

پایه تلسکوپ یک پایه سمتی-ارتفاعی شامل دو محور چرخش است که ترکیب آنها باهم اجازه می‌دهد تا اجرام آسمانی رصد شوند و در عین حال، تلسکوپ حجم کمی را اشغال کند.

محور ارتفاع تلسکوپ حدود ۴۰ تن وزن دارد که به کمک تعدادی رولبرینگ کار می‌کنند. برای هر محور، دو موتور وجود دارد که با چرخ‌ دنده‌ها کار می‌کنند. آنها بر عکس هم عمل می‌کنند تا اثر لقی دنده‌ها را حذف کنند.

سازه تلسکوپ ۹۰ تن وزن دارد که ۷۰ تن آن متحرک است. قسمت متحرک روی چهار عدد یاتاقان هیدرواستاتیک شناور است که اصطکاک ایستایی در این قسمت سازه تقریبا صفر است. این نخستین سامانه از این نوع است که در ایران طراحی و ساخته شده است.

نمایی از پایه سمتی-ارتفاعی تلسکوپ در محل ساخت

تلسکوپ سه محور دارد که هر محور توسط دو موتور و چرخ‌دنده‌های spur حرکت می‌کنند. علت استفاده از این چرخ‌دنده‌ها این است که کمینه بردار سایشی را دارند. بردار سایشی، نویزهایی ایجاد می‌کند که سامانه کنترلی نمی‌تواند آنها را حذف کند. بقیه نویزها به وسیله سامانه کنترلی با دقت خوبی حذف می‌شوند.

سامانه کنترلی

سامانه کنترلی، ترکیبی از نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای مختلف است که از بخش‌های اصلی "سامانه نظارت رصد (OSS)"، "سامانه نظارت رصدخانه (OMS)"، "سامانه کنترل تلسکوپ (TCS)" و "سامانه ایمنی (ILS)" تشکیل شده است.

سامانه ILS به طور خاص برای تلسکوپ ضروری است؛ چرا که به هر دلیلی از جمله خطای انسانی، نرم‌افزاری و سخت‌افزاری، سامانه از کنترل خارج خواهد شد، از این رو یک سامانه کنترل موازی برای تلسکوپ ساخته‌ شده تا چنانچه بخشی از تلسکوپ از کنترل خارج شد، سامانه کنترل موازی وارد عمل شود و اجازه ندهد که به طور مثال، تلسکوپ سرعت بگیرد یا بیش از زاویه مطلوب حرکت کند، از این طریق خطر انسانی یا تجهیزاتی ایجاد نخواهد شد.

این اولین بار است که در فرایندهای رصدی ایران از یک سامانه «برنامه‌ریز هوشمند» استفاده شده‌ است تا جدول زمانی رصد را به بهترین شکل تنظیم کند. علت استفاده از این سامانه این است که اجرام آسمانی به موقع رصد شوند و در عین حال، تلسکوپ کمترین اصطلاک را داشته باشد.

اپتیک

محدوده کاری این تلسکوپ در طیف مرئی و فروسرخ، یعنی در بازه طول موج ۳۲۵ تا ۲۵۰۰ نانومتر است. بخش اپتیکی تلسکوپ با الهام از مدل ریچی- کرتین ساخته شده که متشکل از دو آینه هذلولی‌شکل است. آینه اصلی یک آینه «سریع» با وزن ۴ تن است که ابعاد آن بر روی کم‌حجم شدن این تلسکوپ موثر است.

در اینجا «سریع» به این معناست که به خاطر این نوع آینه، مدت زمان نوردهی تلسکوپ کاهش می‌یابد و امکان رصد اجرام کم نور نیز وجود خواهد داشت.

شیشه آینه از جنس سرامیک Zerudor است که انبساط گرمایی آن ۱۰۰ برابر کمتر از شیشه های متعارف است و با دقت ۲ نانومتر صیقل داده شده است.

هنگامی که تلسکوپ مشغول به کار نیست، پوشش آینه اصلی بسته می شود تا آسیبی به آن وارد نشود. عملیات لایه نشانی آینه باید در محل قله انجام شود. به همین منظور ساختمان لایه نشانی و خدمات در کنار گنبد تلسکوپ، ساخته شده است.

اتاق رصد و ساختمان لایه‌نشانی

جانمایی این ساختمان و نحوه طراحی آن، با استفاده از داده‌های علمی طرح صورت گرفته تا علاوه بر دسترسی آسان و بدون هزینه‌ زیاد برای انتقال آینه از گنبد به آن، هیچ خللی در کار داده گیری و رصد تلسکوپ ۳.۴ متری ایجاد نکند.

همچنین ساختمان به نحوی در قله جایابی شد تا بتوان از آن برای کنترل سایر تجهیزات رصدی موجود و آتی بهره گرفت. در این ساختمان اتاق های مجزا برای تیم کنترل و رصدگران، اتاق جلسات،‌ اتاق سرور و مکانیک و امکانات رفاهی مورد نیاز افراد در نظر گرفته شده است.

نمایی از ساختمان لایه نشانی در مجاورت گنبد رصدخانه

سالن لایه نشانی به مساحت ۲۰۰ متر مربع و مجهز به جرثقیل سقفی ۱۵ تن سامانه لایه نشانی شامل محفظه ۴۰ متر مکعبی خلا را در بر خواهد گرفت. شستشو و لایه نشانی تلسکوپ در این سالن به انجام می رسد.

پایشگاه

هر رصدخانه نیاز دارد تا در هر لحظه علاوه بر وضعیت آب و هوا، پارامترهای مهم نجومی مانند دید نجومی در محل را اندازه‌گیری کند. این پارامترها کیفیت سایت و تصاویر رصد شده را تایید می‌کنند؛ از این رو این بخش در تحلیل داده‌ها برای منجمین اهمیت ویژه‌ای دارد.

به همین منظور از سال ۱۳۹۳ سامانه اندازه‌گیری خودکار دید نجومی در محل پایشگاه در فاصله ۱۵۰ متری از گنبد اصلی رصدخانه، تاسیس شده است و همزمان که داده‌های هواشناسی را به صورت برخط گزارش می‌دهد، پارامتر دید نجومی را نیز در شب اندازه‌گیری و گزارش می کند.

سامانه میدان دید باز (شکارچی)

سامانه میدان دید باز دومین سامانه رصدخانه ملی است که در سال ۱۳۹۷ به بهره‌برداری رسید. این سامانه آرایه‌ای متشکل از چند لنز است که به طور خاص برای مطالعه اجرام با درخشندگی سطحی پایین در طول موج‌های مرئی طراحی شده است. طراحی، ساخت و راه‌اندازی این آرایه توسط تیم توسعه فناوری رصدخانه ملی ایران انجام شده است.

"شکارچی" در حال حاضر به سه لنز کانن ۴۰۰ میلی‌متر که سطوح عدسی‌های آنها با پوشش فوق العاده نانو ساخته شده‌اند، مجهز است و دقت اجزای اپتیکی داخلی آن‌ از مرتبه‌ زیر طول موج مرئی است. طراحی منحصر به فرد آرایه این امکان را فراهم می‌کند تا با کاهش شدید نور پراکنده شده داخل سیستم اپتیکی و همچنین کاهش بازتاب‌های درونی، ساختارهای بسیار کم نور آشکار شوند.

"شکارچی" همچنین می‌تواند به عنوان ابزار رصدی میدان دید باز به کار گرفته شود و چندین جرم را به طور همزمان رصد کند.

همچنین در سال جاری و همزمان با افتتاح رصدخانه ملی ایران نخستین یافته‌های علمی این سامانه در گردهمایی سالانه نجوم اروپا (EWASS) ارائه شد.

با ثبت ساختارهای کم نور اطراف کهکشان‌ها با درخشندگی سطحی ۳۰ قدر در ثانیه قوس نشان داده شد که با ۳۰ ساعت رصد این سامانه می‌توان به درخشندگی‌های سطحی بی‌نهایت پایین همانند آنچه تلسکوپ فضایی هابل به آن می‌رسد، دست یافت.

انتهای پیام