Tien jaar samenwerken aan ELT, de grootste telescoop ter wereld

VIRO speelt al meer dan tien jaar een cruciale rol in dit omvangrijke project. Het ingenieursbureau levert unieke expertise op het gebied van mechanisch ontwerp en precisietechnologie, en heeft momenteel twee medewerkers die fulltime meewerken aan het ELT-project METIS. METIS is de Mid-infrarood ELT-imager en spectrograaf en is een van de eerste generatie instrumenten voor de ELT. Met het METIS instrument wordt het mogelijk om een aantal van de grootste mysteries van ons universum te ontrafelen, waaronder de vorming en evolutie van exoplaneten door metingen te doen van hun fysische en chemische eigenschappen zoals hun baan, temperatuur, helderheid en de atmosfeer samenstelling. VIRO richt zich onder meer op de ontwikkeling van spiegelophangingen en tooling voor assemblage en tests. Door innovatieve oplossingen te bieden voor complexe technische uitdagingen, voegt VIRO veel waarde toe aan de realisatie van de ELT.

Tijd voor een kijkje achter de schermen bij de NOVA optisch-infrarood groep gevestigd bij ASTRON in Dwingeloo. We spreken dr. Michiel Kregel, Group Lead, VIRO-collega’s Ben Odinot en Richard Wiltens, die fulltime meewerken aan de ontwikkeling van ELT, en Paul de Vries, Groepsleider en Organisatieverantwoordelijke van VIRO.

Een sprong in technologie en mogelijkheden

Michiel Kregel: “De huidige generatie astronomische telescopen hebben een hoofdspiegel met diameter van circa 10-meter, maar nu wordt er gewerkt aan de eerste telescoop wereldwijd met een 40-meter spiegel. De reden dat we dit doen is omdat we meer willen zien en vooral verder en scherper willen kijken. De nieuwe generatie telescopen maakt het voor het eerst mogelijk om rotsvormige exoplaneten vergelijkbaar met onze aarde in beeld te brengen. Deze planeten zijn namelijk klein en lichtzwak en bevinden zich dicht bij heldere sterren. Om deze objecten te detecteren en analyseren, heb je een telescoop nodig die voldoende licht opvangt en een voldoende scherp beeld kan genereren. Een hoofdspiegel van ca. 40 meter maakt dit haalbaar, terwijl een kleinere spiegel die resolutie simpelweg niet kan bereiken. Dit is echt een grote sprong in technologie en mogelijkheden.”

Het belang van nauwkeurigheid in ontwerp en constructie

“Nauwkeurige instrumentatie vormt de basis van de observationele astronomie. Zonder voldoende nauwkeurige instrumentatie kun je eenvoudigweg geen scherp beeld krijgen van objecten die lichtjaren van ons verwijderd zijn. Denk aan de spiegels van een telescoop: ze moeten uiterst nauwkeurig gepolijst en uitgelijnd zijn om de kleinste details zichtbaar te maken. Dat geldt ook voor de instrumenten die aan de telescoop gekoppeld zijn om bijvoorbeeld een opname of een spectrum van een object te maken. Als één onderdeel niet correct werkt of gemonteerd is, zoals een cryogene component, kan het hele systeem niet optimaal functioneren. Daarom is elke stap – van concept ontwerp tot test – cruciaal. De NOVA groep is vooral bekend om de combinatie van zeer innovatieve en goed doordachte ontwerpen en haar hoog-nauwkeurige optische productie faciliteiten. Zo heeft NOVA vorig jaar haar NOVAMAX faciliteit voor ‘extreme manufacturing’ in gebruik genomen. Hier worden hoog-nauwkeurige onderdelen voor onder meer de ELT gemaakt met een omvang tot een meter en nauwkeurigheden van circa 10-15 micrometer.”

Hijstool

Internationale samenwerking als sleutel tot succes

“Een instrumentatie consortium in de astronomie bestaat uit een tiental partners en honderden toeleveranciers, variërend van universiteiten tot technologiebedrijven. Voor het METIS instrument bijvoorbeeld is NOVA de leidende partij en werken we met ongeveer 15 directe partners samen. Elk van hen heeft een specifieke taak, zoals het bouwen van een subsysteem zoals een spectrograaf of het testen van specifieke onderdelen. Daarnaast zijn er nog veel specialistische leveranciers.

“Communicatie is een grote uitdaging. We gebruiken hybride werkmethoden, wat betekent dat we veel online doen, maar ook regelmatig fysiek bij elkaar komen. Tijdens de pandemie hebben we geleerd om online efficiënter samen te werken, en dat helpt ons nog steeds. Iedereen binnen het team heeft dezelfde motivatie: bijdragen aan iets baanbrekends. Die gedeelde passie maakt het makkelijker om de uitdagingen van tijdzones en culturele verschillen te overwinnen.”

De keuze voor Chili als bouwlocatie

“De locatie in de Andes in Chili biedt perfecte omstandigheden: het is een hoogvlakte met een stabiele atmosfeer, weinig neerslag en zeer weinig lichtvervuiling en er de afgelopen decennia al meerdere telescopen door ESO en haar partners gebouwd. Deze omgeving is ideaal voor infraroodwaarnemingen zoals met ELT-METIS . Bovendien helpt de hoogte om boven een groot deel van de atmosfeer te komen, waardoor scherper zicht mogelijk is.”

Richard Wiltens (L) en Ben Odinot

Een werkdag binnen het project

“Een werkdag varieert, afhankelijk van de rol die een teamlid heeft. Neem bijvoorbeeld een werktuigbouwkundig ingenieur die werkt aan spiegelophangingen. Die begint met de optische ingenieur aan het doornemen van de laatste simulaties om te controleren of de ontwerpen voldoen aan de vereisten. Vervolgens worden er eventuele aanpassingen gedaan. In de middag kan het zijn dat hij of zij meewerkt aan het bouwen en testen van prototypes. Andere teamleden richten zich op tooling – hulpmiddelen die nodig zijn om onderdelen veilig en precies te monteren.
Bijvoorbeeld, we hebben een 3D-geprinte kap ontwikkeld om spiegels te beschermen tijdens de montage. Dit soort kleine maar essentiële oplossingen zijn cruciaal voor het succes van het project.”

De cruciale rol van simulaties en testen

“Simulaties en testen zijn essentieel. We gebruiken simulaties zowel tijdens de ontwerpfase als tijdens de productie fase. Zo wordt er optische ontwerp software gebruikt om worst-case scenario’s te testen, bijvoorbeeld wat er gebeurt als toleranties van een bepaald onderdeel niet gehaald zouden worden. Daarnaast voeren we uitgebreide fysieke tests uit om ervoor te zorgen dat elk onderdeel werkt zoals verwacht. Voor ruimte-instrumenten moet alles in één keer goed zijn, want reparatie is geen optie. Op aarde kunnen we tijdens de commissioning fase bij de telescoop weliswaar nog aanpassingen doen, maar de mogelijkheden zijn dan beperkt. Ook daar is het noodzakelijk risico’s te minimaliseren door grondige tests.”

De drijfveer achter astronomische instrumentatie

“Het idee dat ons werk kan leiden tot ontdekkingen van nieuwe sterrenstelsels, planeten of zelfs tekenen van leven is enorm motiverend. Dit zijn projecten die de wetenschap en techniek vooruithelpen, de nieuwe generatie inspireren en een blijvende impact hebben. Het voelt echt als een voorrecht om hieraan bij te dragen.”

De technische rol van VIRO en de inbreng van medewerkers

“VIRO heeft niet alleen een belangrijke technische bijdrage geleverd, maar onderscheidt zich ook als een waardevolle gesprekspartner binnen het project. De collega’s van VIRO, zoals Ben Odinot en Richard Wiltens, brengen diepgaande technische expertise mee en denken proactief mee over oplossingen en verbeteringen. Ze richten zich op het ontwikkelen van ophangingen voor de spiegels en leggen zich toe op precisie-engineering en het valideren van complexe onderdelen zoals toleranties en veersystemen. Hun balans tussen theoretische inzichten en praktijkgerichte aanpak zorgt voor efficiënte vooruitgang.”

Terugblik op de samenwerking en voortgang

“We zijn enorm trots op de gezamenlijke prestaties. VIRO levert niet alleen hoogwaardige technische oplossingen, maar bevordert ook een werksfeer van vertrouwen en efficiënte samenwerking. Dankzij hun bijdrage kunnen we met vertrouwen uitkijken naar de volgende mijlpalen in dit baanbrekende project.”

Aansluitend volgt een bezoek aan Ben Odinot en Richard Wiltens op het kantoor van NOVA, waar ze vertellen waar ze zich op dit moment binnen het project mee bezighouden.

Ben Odinot

Trots wanneer we dankzij dit onderdeel beelden kunnen opnemen

Ben heeft een geproduceerd onderdeel van METIS op zijn bureau staan, waarvan het ontwerp van zijn hand is. “Dit is de chopper bracket. Met dit onderdeel wordt de chopper nauwkeurig gepositioneerd en afgeschermd van strooilicht. Het wordt binnenin METIS geplaatst. Wanneer de chopper niet goed werkt, kunnen we ook geen beelden opnemen. Wat de chopper doet, is ervoor zorgen dat we niet alleen beelden maken van het object waar we naar kijken, maar ook van een stukje hemel ernaast. En bij infrarood opnamen is dat van groot belang omdat de hemel in de loop van de tijd verandert. Je wilt dus continu vergelijkingsmateriaal hebben van de omgeving van het object. De productie van dit onderdeel wordt bij NOVA gedaan. Ik ben trots wanneer de chopper naar behoren blijkt te werken, dat is de cruciale test.”

Veertjes en toleranties – een puzzeltje

Richard: “Op dit moment hou ik me bezig met toleranties van bepaalde onderdelen van de spiegel. Een van de onderdelen is een veer die de spiegel mede op zijn plaats moet houden, waarvan kleine afwijkingen in lengte een aanzienlijke invloed hebben op de kracht die de veer kan uitoefenen. Deze veer speelt een essentiële rol in het systeem en moet daarom nauwkeurig geproduceerd worden. De veer wordt geplaatst achter een module die een spiegel ondersteunt. Deze spiegel moet beschermd worden tegen trillingen, bijvoorbeeld bij een aardbeving, om beschadiging te voorkomen.

Omdat de flexures slechts 1 mm dik is, kunnen we de boutjes niet normaal aandraaien zonder de flexures te vervormen. Bouten hebben voorspanning nodig om te voorkomen dat ze losraken door trillingen. Daarom hebben we een alternatieve oplossing bedacht waarbij een veer en een cupje worden gebruikt om de boutjes vast te klemmen. De veer zorgt voor de benodigde spanning op de boutjes, zodat dat geborgd blijft. Het is wel een puzzeltje.” Tot slot is het woord aan Paul de Vries. Hij vertelt over een recent afgerond project en de samenwerking met NOVA.

Hightech hijsen voor de wetenschap.

Paul: “Recent hebben we met het team een turnkey project opgeleverd aan NOVA: een hijsbalk die speciaal is ontwikkeld voor het verplaatsen van precisieonderdelen vanaf de freesbank naar de meetmachine. De hijsbalk wordt gebruikt op de productieafdeling van NOVA bij ASTRON in Dwingeloo. Van ontwerp tot CE-markering lag de volledige engineering bij VIRO.
Paul noemt de samenwerking met NOVA “super interessant en uniek”. “Je werkt op de grens van wat technisch mogelijk is. Het werk is heel uitdagend, zeer vooruitstrevend en tegen het wetenschappelijke aan.” Inmiddels kijkt hij alweer vooruit: via NOVA is een samenwerking ontstaan met de Universiteit van Keulen voor de ontwikkeling van een nieuwe hijstool voor METIS. “Deze hijstool zal gebruikt worden in Keulen en Leiden en is tenslotte ook bestemd voor gebruik bij de ELT in Chili.”
www.viro-group.com