Telescopios
El Instituto Geográfico Nacional dispone de varios grandes radiotelescopios en el Centro Astronómico de Yebes (CAY), y de un telescopio óptico (con un espejo de 1.52 metros de diámetro) en la Estación de Observación de Calar Alto (EOC). La estación del proyecto RAEGE en Yebes está cofinanciada por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER 2007-2013)
Radiotelescopio de 40 m
| Presentación | Detalles técnicos | Galería de imágenes |
El proyecto de un radiotelescopio de 40 metros para España nace como consecuencia de las conclusiones de los sucesivos Planes Nacionales de Desarrollo de la Radioastronomía. Así, tras la Reunión Científica sobre el Radiotelescopio de 40 metros celebrada en Madrid en la década de los noventa, los astrónomos e ingenieros del Centro Astronómico de Yebes (CAY), con la ayuda y colaboración de los mejores expertos de Europa, realizaron estudios dirigidos a identificar los campos de aplicación concretos más interesantes para, a partir de ellos, definir las características técnicas básicas que habría de tener el nuevo radiotelescopio. Concretadas las características técnicas, se procedió a realizar un Estudio de Viabilidad y Definición Técnica con el objetivo fundamental de evaluar la factibilidad de su construcción en España con un máximo de participación de la industria de nuestro país. Este estudio fue realizado por la empresa INISEL Espacio. Posteriormente, a finales de los noventa se encargó a la empresa alemana MAN Technologie el Proyecto Detallado de Diseño y Construcción del Radiotelescopio de 40 metros.
Así, la construcción del radiotelescopio en el CAY comienza en el año 2000, con la Edificación del Pedestal de Hormigón soporte del radiotelescopio, realizado por la empresa ACS. En ese mismo año se encarga la Construcción de los Rodamientos de Azimuth y de Elevación a las empresas alemanas Rothe-Erde y FAQ respectivamente.
También en ese año se encarga la construcción de la Estructura Trasera de Acero Soporte del Radiotelescopio a la empresa de Tarragona SCHWARTZ-HAUTMONT Construcciones Metálicas. En el mismo año, también se adjudica un contrato para el Diseño del Sistema de Focalización de la Cabina de Receptores a la ETSI de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Madrid. En el año 2001 se adjudican la Construcción de los Paneles Reflectores a la misma empresa SCHWARTZ-HAUTMONT y la Realización e Instalación de los Servomecanismos del Radiotelescopio a la empresa BBH de Alemania. Finalmente en el año 2003 se adjudica el contrato de la Instalación Eléctrica y del Equipamiento Auxiliar interior del Radiotelescopio a la empresa española ELIMCO. En la actualidad, el radiotelescopio está en fase de pruebas para una inminente puesta en servicio e inicio de las observaciones astronómicas.
1. Objetivos científicos
2. Objetivos Técnicos
El radiotelescopio de 40 metros es de montura alt-azimutal con cabeza rotante sobre rodamiento azimutal “turning head”. Se moverá pues en las coordenadas de elevación y azimuth. La configuración óptica responde a la de un sistema Nasmyth-Cassegrain: reflector parabólico, subreflector hiperbólico y espejo plano a 45 grados para desplazar el eje óptico lateralmente. El foco Nasmyth se sitúa a más de once metros del vértice de la parábola, lo que permite disponer de una gran sala para la instalación de los receptores. Esta sala es solidaria al sistema que se mueve en azimuth, con lo cual los receptores pueden permanecer fijos. El espejo Nasmyth se mueve solidariamente con la parábola y redirige el haz recibido hacia los receptores cuando el radiotelescopo se mueve en elevación. El subreflector dispone de un movimiento fino de enfoque y otro más amplio, del orden de un metro, que permite llevar un receptor instalado en su vértice hasta el foco primario. Dicho receptor será usado para la realización de sesiones de holografía.
El radiotelescopio ha sido diseñado siguiendo los principios de homología, el viento máximo operativo es de 15 m/s y la precisión de la superficie será inferior a 150 micras rms. Para ello se han fabricado paneles reflectores de aluminio con una precisión de manufactura de 60 micras. Esto hace que la frecuencia máxima utilizable sea de 120 GHz. La frecuencia mínima viene impuesta por el tamaño de los haces dentro de la cabina de receptores y es de 2 GHz. La eficiencia de apertura del radiotelescopio será pues del 70% a 7 milímetros y del 50% a 3 milímetros. La puntería será mejor que 3.7 arcosegundos cuando el viento sea inferior a 15 m/s. El máximo viento que soporta el radiotelescopio sin deteriorarse es de 50 m/s.
A continuación se describen los siguientes aspectos del Radiotelescopio:
- Esquema general y configuración óptica
- Diseño mecánico
- Paneles reflectores
- La cabina de receptores
- Servomecanismo
Diseño mecánico
La empresa alemana MAN technologie ha realizado el diseño de la configuración mecánica del radiotelescopio basándose en los requisitos especificados por el IGN. La estructura final queda constituida por tres estructuras principales: la que gira sólo en elevación, la que gira sólo en azimuth y el subreflector. El diseño final ha sido analizado mediante software de elementos finitos, que ofrece los resultados de las distintas deformaciones que sufre la estructura (viento, gravedad y temperatura) así como la obtención de las frecuencias de resonancia ó naturales de ésta. Un ejemplo se muestra en la figura de la derecha.
El concepto de diseño ha sido el de la homología: las deformaciones por efecto de la gravedad son controladas de manera que la estructura mantiene su forma parabólica y sólo cambia su foco. Esta variación es posteriormente corregida mediante el enfoque del subreflector. El resultado final del análisis nos ofrece el rms esperado de la superficie reflectora así como los errores previstos en la puntería. Un ejemplo del rms teórico se muestra en la figura de la izquierda.
La estructura que sólo gira en elevación (figura) es un entramado de vigas de acero que se unen en una viga central, la viga anular. A esta viga se conectan los (ballast cantilever) y los contrapesos. El peso total del conjunto supera las 275 toneladas. Toda la estructura estará protegida por una cubierta protectora (cladding) y en su interior habrá circulación de aire. La estructura que sólo gira en azimuth está constituida por: el rodamiento de azimuth, el yugo ó (fork) y la cabina de receptores.
También albergará todos los motores y codificadores. Esta estructura se conecta a la que gira en elevación a través de los (ballast cantilever).
Paneles reflectores
La superficie reflectora está constituida por 420 paneles de aluminio construidos por la empresa SCHWARTZ-HAUTMONT. Los paneles se organizan en 10 filas diferentes. Su posición final se realiza por medio de ajustadores que permiten el posicionado de éstos con una precisión de 14 micras. Para la fabricación de los paneles se emplea una lámina de aluminio de menos de 2 milímetros de espesor que adquiere la forma parabólica sobre un molde donde se hace el vacío. La lámina puede mantener dicha forma si se refuerza su parte posterior mediante estructuras de aluminio pegadas mediante un epoxy especial.
La precisión de la superficie de los paneles así construidos se verifica empleando videogrametría. El alineamiento final se efectuará empleando técnicas de holografía coherente. Las características de nuestros paneles son:
| Característica | RMS |
| Total: | 150 micras |
| Fabricación | 65 micras |
| Deformaciones paneles | 25 micras |
| Deformaciones estructura de acero (viento 15m/s) | 95 micras |
| Alineamiento mecánico | 80 micras |
La cabina de receptores
Una de las características más sobresalientes de este radiotelescopio es su cabina de receptores. Con unas dimensiones de 8 x 9 x 3.5 metros, tiene capacidad para albergar un gran número de receptores. Está dividida en dos ramas independientes que se seleccionan orientando el espejo Nasmyth móvil M3 hacia dos espejos fijos llamados M4 y M4’. De esta manera se aprovecha todo el espacio disponible en la cabina. Como consecuencia de ello se dispone de dos focos independientes, situados aproximadamente a una distancia de 4.5 metros de los espejos M4.
Otra de las características importantes es que los espejos M4 pueden adoptar dos inclinaciones diferentes, 0º y 20º con el eje óptico, lo cual aumenta sustancialmente la capacidad de la cabina para albergar un mayor número de receptores. Los tres espejos Nasmyth son planos y tienen las mismas dimensiones, su contorno es elíptico y su eje mayor mide 2.67 metros.
Servomecanismo
La empresa alemana BBH diseña y construye los servomecanismos (motores, codificadores, servos y desarrollo de software). El servosistema proveerá de una interfaz de usuario para apuntar el telescopio en azimuth y elevación hacia la fuente radioastronómica deseada, además de para llevar a cabo otras tareas necesarias durante las observaciones, calibración y mantenimiento del telescopio. Para este propósito, el servomecanismo controla el movimiento de los motores de los ejes principales, el posicionador del subreflector, el espejo Nasmyth y otros motores auxiliares. La contribución del servosistema al error total de la puntería del radiotelescopio es menor que 1 arcosegundo rms con un viento de 10 m/s en condiciones de operatividad.
El movimiento del subreflector es también un punto importante de los servos. Este dispone de dos tipos de movimiento. Uno es de enfoque para el cual la precisión de posicionamiento es de tres centésimas de milímetro. Se dispone además de un movimiento de desplazamiento de 1 metro lo que permite que un receptor situado en el vértice del espejo subreflector pueda llevarse al foco primario.
Radiotelescopio de 14 m
| Presentación | Detalles técnicos | Receptores instalados |
El radiotelescopio de 14m del Centro Astronómico de Yebes (CAY) ha desempeñado un papel determinante en el desarrollo de la Radioastronomía en nuestro país, concentrando a su alrededor a un buen número de los radioastrónomos nacionales. Construido en Estados Unidos, su montaje, instalación y puesta en marcha fueron realizados a finales de los setenta y principios de los ochenta por los investigadores del CAY. Se trata de un paraboloide de revolución de 13,7 m de diámetro y con foco Cassegrain. Los paneles de la superficie colectora están fabricados en aluminio, lo que permite disponer de una estructura rígida pero ligera. La parte móvil pesa unas 7 toneladas. El radiotelescopio está encerrado dentro de una estructura esférica (radomo) de 20 m de diámetro que la protege de los efectos del viento y de gradientes de temperatura.
El radiotelescopio está diseñado para realizar observaciones a una longitud de onda de 7mm en el intervalo de 42.000 a 49.000 MHz. Para cubrir esta banda se construyó en el CAY el primer receptor refrigerado a temperaturas criogénicas (258 grados C bajo cero) que se realizó en España, y que por sus características era uno de los más sensibles del mundo a estas frecuencias. Los espectrómetros (bancos de filtros, acustoópticos) también fueron diseñados y construidos en el CAY, en colaboración con universidades de Madrid. Los programas de control y análisis fueron desarrollados en el propio Centro.
La incorporación del OAN a la Red Europea de VLBI EVN supuso la necesidad de participar a otras longitudes de onda en las observaciones de VLBI. Por esta razón se estudió una solución para utilizar el radiotelescopio en bandas S/X (2 y 8 GHz). La solución implementada permite la observación de radiación a 7mm y en bandas S/X, aunque no de modo simultáneo. Se instaló una bocina y un receptor de bandas S/X que no entorpece la observación a 7mm y se diseñó y construyó un segundo subreflector que adapta el radiotelescopio a estas longitudes de onda. De este modo para observar a una u otra frecuencia es necesario instalar el subreflector correspondiente. La operación, de intercambio de los subreflectores se realiza por personal del CAY en un intervalo de tiempo máximo de 3 horas.
El radiotelescopio también cuenta con un sistema de adquisición de datos Mark5 para las observaciones de interferometría de muy larga base (VLBI), tanto de interés astronómico como de interés geodésico, completándose con los equipos necesarios para este tipo de observaciones. Para ello el radiotelescopio ha sido dotado de receptores a 2.3 y 8.3 GHz.
Desde su puesta en funcionamiento, a comienzo de los años ochenta, este radiotelescopio ha sido utilizado por los astrónomos del CAY así como de otras instituciones nacionales y extranjeras (americanos, rusos, canadienses, alemanes, franceses, portugueses,...).
Posición geodésica
| Localidad | Yebes (España) |
| Latitud | 40° 31' 26.968" N (WGS 84) |
| Longitud | 3° 5' 21.893" W (WGS 84) |
| Altura | 980.946 m (WGS 84) |
| X(m) | 4848780.84 m |
| Y (m) | -261702.16 m |
| Z (m) | 4123036.77 m |
Características físicas del Telescopio
El telescopio originalmente diseñado para operar a longitudes de onda de 7 mm fue adaptado para poder realizar observaciones en bandas S y X. Esta modificación no varía las características del paraboloide pero si del sistema total, ya que supone un cambio en el reflector secundario.
| Diámetro | 13.72 m |
| Focal principal | 5.080 m |
| Cobertura en Acimut | (-360°,360°) |
| Cobertura en Elevación | 3-90° |
| Area colectora | 148 m2 |
| Máxima velocidad | Ac. y El. 1 °/s |
El Telescopio a 7 mm
(IT-CAY-1995-8)| Foco/Diámetro paraboloide equivalente | 4.07 m |
| Diámetro reflector secundario | 1.08 m |
| Excentricidad del reflector secundario | 1.2m |
| Focal del secundario | 4.622 m |
Curva de ganancia: (IT-CAY-1996/5)
El Telescopio en Bandas S/X
(IT-CAY-1995-8)| Foco/Diámetro paraboloide equivalente | 1.7 m |
| Diámetro reflector secundario | 2.2 m |
| Excentricidad del reflector secundario | 1.557 m |
| Focal del secundario | 3.547 m |
Curva de ganancia: ( IT-CAY-1995/13)
El radiotelescopio dispone de dos receptores refrigerados a temperaturas criogénicas. Los receptores no se pueden utilizar simultáneamente para una observación ya que es necesario utilizar un reflector secundario distinto.
Receptor de 7mm
El receptor de 7mm es un receptor superheterodino de doble banda lateral sintonizable en un margen amplio de frecuencias. Utiliza un mezclador Schotky refrigerado a 15 K como primera etapa. El primer oscilador es un Gunn.
| Frecuencia observable en el cielo | 41-49 GHz |
| Frecuencia efectiva del Oscilador Local para VLBI | 42.494 GHz |
| Ancho de Banda instantaneo | 500 MHz |
| Temperatura de sistema en simple banda lateral | 250 K |
| Temperatura de receptor | 80 K2 |
| Polarización(Ac. y El.) | Lineal o circular dextrógira |
A este receptor acompañan los siguientes equipos en la parte baja de frecuencia:
| N. de canales (banco de filtros) | 256 |
| Ancho de banda de cada canal (banco de filtros) | 50 KHz |
| N. de canales (acustoóptico) | 576 |
| Ancho de banda de cada canal (acustoóptico) | 108 KHz |
| Polarización | Linear or right circular |
Receptor de banda S
El receptor de banda S es un superheterodino de frecuencia fija. La primera etapa la compone un amplificador refrigerado de bajo ruido.
| Frecuencia observable en el cielo | 2.210-2.350 GHz |
| Frecuencia efectiva del Oscilador Local para VLBI | 1.530 GHz |
| Ancho de Banda | 140 MHz |
| Temperatura de sistema | 87 K |
| Temperatura de receptor | 15 K |
| Polarización | Lineal o circular dextrógira |
Receptor de banda X
El receptor de banda X es un superheterodino de frecuencia fija. La primera etapa la compone un amplificador refrigerado de bajo ruido.
| Frecuencia observable en el cielo | 8.150-8.630 GHz |
| Frecuencia efectiva del Oscilador Local para VLBI | 7.650 GHz |
| Ancho de Banda | 500 MHz |
| Temperatura de sistema | 77 K |
| Temperatura de receptor | 20 K |
| Polarización (Ac. y El.) | Lineal o circular dextrógira |
Telescopio óptico (1.52 metros)
El instrumento principal de la Estación de Observación de Calar Alto (EOCA) del OAN (IGN) es un telescopio óptico reflector de 1,52 m de diámetro.
RADIOTELESCOPIO DE VLBI GEODESICO Y ASTROMETRICO PARA SU INTEGRACION EN LA RED VGOS (VGOSYEBES)
El objetivo del presente proyecto es la construcción y puesta a punto operativa de un radiotelescopio de VLBI de las características y capacidades requeridas para su integración en la red internacional de VLBI geodésico y astrométrico, VGOS(VLBI Geodetic Observing System), y en otras redes de VLBI astronómico a altas frecuencias (mayores que 22 GHz).
El radiotelescopio está ubicado en el Observatorio de Yebes y tendrá capacidad de funcionar a frecuencias de hasta 90 GHz. Para la consecución de este proyecto se han completado las siguientes actuaciones, con cofinanciación del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER):
- Antena parabólica de 13.2 m de diámetro, y materiales y componentes para su optimización y uso a altas frecuencias (hasta 90 GHz)
Construcción de una antena de 13.2 metros de diámetro con capacidad de movimiento de 12º/s en acimut y de 6º/s en elevación capaz de soportar ciclos continuos de 30 segundos durante un periodo de vida de 20 años. La antena dispone de un sistema posicionador adecuado para la instalación del receptor de retardo de fase. También dispone de un recubrimiento aislante térmico de la estructura trasera (de la antena), que haga posible su utilización a frecuencias de hasta 90 GHz. - Receptor de retardo de fase (banda ancha)
El receptor criogénico de retardo de fase ha sido diseñado por los ingenieros del Observatorio de Yebes y es compatible con VGOS. Es capaz de recibir señal entre 2 y 14 GHz, de procesarla en cuatro sub-bandas de 1 GHz a elegir y de doble polarización circular simultánea - Equipos de muestreo y digitalización (dBBC) y de registro de datos (Mark 5/6)
Los equipos de muestreo, digitalización y registro de datos son necesarios para poder llevar a cabo observaciones coordinadas de VGOS. El equipo de muestreo y digitalización estándar es el sistema dBBC (Digital Base Band Converter) y se conecta directamente a la salida del receptor de retardo de fase. El equipo de registro estándar es el sistema Mark5/6 y se conecta al equipo dBBC.
El receptor de retardo de fase dispone de dos polarizaciones y cuatro sub-bandas de 1 GHz de ancho de banda por polarización. Se han adquirido dos equipos dBBC para poder recibir dos polarizaciones simultáneas. Como cada equipo dBBC sólo puede conectarse a un equipo registrador, se han adquirido dos equipos Mark5/6.
El importe total de las actuaciones cofinanciadas por FEDER asciende a un total de 4.250.000,00 €.
Para saber más, visite la página del proyecto RAEGE en http://www.raege.net/
Astrógrafo doble
Se encuentra en el Centro Astronómico de Yebes. Está constituido por dos telescopios refractores (Zeiss de Jena) de 40 cm de apertura y 200 cm de focal con soporte para placas fotográficas, un telescopio refractor guía de 20 cm de apertura y 300 cm de distancia focal y un pequeño telescopio buscador. Este instrumento es especialmente adecuado para la observación de objetos astronómicos con movimiento propio con respecto al fondo de estrellas (asteroides y cometas) al disponer de un gran campo y una cámara móvil.
Para el análisis de las observaciones astrométricas hace años se disponía de un comparador de salto y un medidor Ascorecord, que fue automatizado para ser utilizado conjuntamente con un ordenador personal. Actualmente el astrógrafo está equipado con un par de cámaras CCD (una de 8 bits y 32000 pixels y otra de 16 bits y 90750 pixels), que permiten el autoguiado del instrumento y la obtención de imágenes y su análisis fotométrico y astrométrico. Con este instrumento se participa en programas de colaboración internacional, llevándose a cabo observaciones de cometas y observaciones sistemáticas de asteroides, a fin de determinar con precisión sus posiciones y, a partir de éstas, sus órbitas.