PDF 2.6 Mo - Laboratoire d`Astrophysique de Marseille
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Le polissage sous contraintes Une méthode prometteuse pour la production de masse des segments de télescopes géants Marc Ferrari & al. Laboratoire d’Astrophysique de Marseille Equipe R&D Optique et Instrumentation Les Extremely Large Telescopes Panorama International Thirty Meter Telescope – 30m (US) Giant Magellan Telescope – 21m (US) European-ELT - 42m (ESO) Mêmes échéances: 2018-2020 Études en cours & financées Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Thirty Meter Telescope Caltech + Université Californie + Canada 30 mètres de diamètre 2018 ~ 600 - 800 M$ Status: Phase A/B Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Giant Magellan Telescope Consortium d’universités américaines + Australie 21 mètres de diamètre 7 miroirs monolithiques 1ière lumière 2018 Budget ~ 650 M$ Status: phase A/B … 2 miroirs déjà coulés et un en polissage… Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 European ELT - 42m ESO – European Southern Observatory 42 mètres de diamètre Design à 5 miroirs Télescope adaptatif Lancement 01/2012 1ière lumière 2018 (?) Coût ~ 1 G€ 1000 m2 de miroirs ! ! Production de masse Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Le Télescope Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Besoins technologiques adaptés Grand pouvoir collecteur Production massive de segments asphériques Maintien de la forme par optique active Système de cophasage des segments (qq nm) Excellente qualité d’image Optique adaptative (intégrée et instruments) Grands miroirs adaptatifs (jusqu’à 2.5m) Optiques asphériques de très haute qualité (qq nm) Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Miroir primaire M1 - 42 m 1148 segments: 984 miroirs + 1 rechange/famille 101 Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 E-ELT Segments spécifications Erreur surface optique Partiellement relachées grace aux systèmes d’optique active et adaptive Maximum: 100nm RMS 30nm RMS (hors basses et moyennes freq. spatiales) Moyenne sur un ensemble de 7 segments : 50nm RMS (but 40) 15nm RMS (but 10) (hors LF et MF) Défauts de bord (5mm): Maximum: 400nm PtV Moyenne sur un ensemble de 7 segments : 200nm PtV Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Décomposition de Zernike Cas du segment le plus excentré Zernike RMS Focus -22,403 µm Astm3 -31.055 µm Coma3 - 0.607 µm Trefoil3 + 0.024 µm Sphe3 + 0.0006 µm Astm5 + 0.0004 µm Best fit sphere radius / polishing sphere : 86.48 m Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Production en grande série 1148 segments asphériques Diamètre 1.425m Production entre 2013 et 2018 ~ 200 segments par an équivalent à ~16 par mois! 4 par semaine ~1 segment par jour !! Contraintes industrielle de coût et planning Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Production en grande série Technique classique Blank circulaire (1.52m) Mise en forme asphérique (fraisage CN) Polissage asphérique (retouches locales) Découpe hexagonale ( déformation/warping) Installation sur support ( empreintes) Finitions / retouche défauts résiduels (ex. IBF) Atteindre la forme asphérique polie peut être long (petits outils) et retouches finales indispensables.. Toute autre technique pour gagner du temps bienvenue ! Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Production en grande série Polissage sous contraintes - Keck (1990) 1. Segment circulaire 2. Installation dans un harnais de déformation 3. Mise en forme asphérique Correspondant à la surface hors-axe Superposition de bas ordre Zernike Focus + Astigmatism + Coma 4. Polissage sphérique (grands outils) 5. Découpe hexagonale, etc… Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Polissage sous contraintes Avantages Réduit fortement le temps de polissage Polissage pleine taille, convergence process, etc.. Polissage sphérique pas de défauts HF Excellente qualité en MF-HF Rc de polissage Sph identique pour tous les segments Faible coût par segment Adapté à une étape pré-finishing (IBF) Goal: 300 nm rms SFE Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Polissage sous contraintes Inconvénients Outillage plus complexe, harnais de déformation Nécessite calibration / déformations .. Modification des machines de polissage (tbc) Technique moins bien maitrisée par les industriels .. Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Polissage sous contraintes - LAM – Brevet Français déposé en 2008 (CNRS/SESO) • Titre : Procédé de façonnage d’un élément optique asphérique. Propriété: Auteurs: Brevet n°: Date: CNRS et SESO M. Ferrari, E. Hugot, G. Lemaitre (LAM/CNRS) D. Fappani, J.F. Carré (SESO) FR 0803467 16-06-2008 - Etendu à l’Europe et USA en juin 2009 Brevet n°: EP2144093A1 Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Etude ESO / LAM - E-ELT M1 Etude de faisabilité Opt. Active académique LAM Le savoir-faire est là (40 ans expérience en stress polishing) Complémentarité avec études industrielles en cours Durée ~ 15 mois (2011-2012) Délivrables : - Etude papier complète - Modèle réel échelle 1 / segment 1.52m - Levée des points durs / solutions techniques - Proposition de solutions industrielles Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Polissage sous contraintes Solution technique proposée Brevet LAM / SESO (2008) Anneau de déformation Passage de Forces et moments Application loin de la surface optique Design spécifique pour les bras 24 bras de type fourches 24 actionneurs (12 int & 12 /ext) Pression uniforme Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Polissage sous contraintes - LAM Performances attendues sur la déformation Segment externe le plus asphérique S3 - 16.16 Optimisation sur le blank 37nm rms SFE Optimisation sur Segment 34nm rms SFE Compensation de gravité 25nm rms SFE Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Etude ESO / LAM - E-ELT M1 Implémentation en cours o Simulation, conception et design détaillé terminés o Approvisionnement en cours o Mise en place du système à l’automne 2011 o 1er résultats fin 2011 o Segment asphérique Q1 2012 Plateforme POLARIS du LAM - 2.5m diam. Visite des installations – Aujourd’hui 17h30 Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1 Conclusion Nouvelle génération de télescopes et d’instruments Asphériques par polissage sous contraintes Adaptée à la production de masse Excellent qualité de surface Collaboration Laboratoires/Industrie indispensable Savoir-faire complémentaires Journées Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l'Astrophysique - 201 1
