E-ELT - European Extremely Large Telescope

Sito: Cerro Armazones - Cile
Stato: in fase di progettazione
Attività:
Detailed Design, Manufacturing, Pre-Assembly in Europe, Packing &Transport, Erection on Site, Commissioning and Testing activities
Partners: ACe Consortium, costituito da Astaldi SpA, Cimolai SpA e EIE GROUP Srl

Data: 2009 - in fase di progettazione

Cliente: ESO - European Southern Observatory

Categoria: astronomy

Credits: EIE GROUP + ESO

L'edificio di E-ELT - European Extremely Large Telescope

400 anni fa Galileo Galilei costruiva il primo telescopio con una lente da 37mm ed entrava nella storia per le sue scoperte in campo astronomico. Oggi l’industria italiana ed Europea lavorano alla progettazione del più grande telescopio di tutti i tempi: l’ E-ELT - European Extremely Large Telescope di ESO - European Southern Observatory, che avrà uno specchio primario di 39 m di diametro.

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EIE opera a fianco di ESO nello studio e nella definizione del più grande telescopio del mondo dal 2007. Per ESO abbiamo sviluppato Studi di Fattibilità, Studi sul Conceptual Design del telescopio e FEED ( Front End Engineering Design) studies, per la caratterizzazione di Dome e Telescope Main Structure, dapprima per un telescopio con specchio primario da 42m di diametro e successivamente per la versione finale, con telescopio da 39m di diametro.
Sette anni più tardi, nel 2014, ESO ha indetto la gara per il "Design, Manufacture, Transport, Construction, On-Site Assembly and Verification of the Dome and Main Structure of the European Extremely Large Telescope".

Lo scorso 5 Febbraio 2016, il Comitato Finanziario di ESO attribuiva l’assegnazione della gara per la realizzazione di questo grande telescopio, a un consorzio tutto italiano - ACe Consortium - guidato dal gruppo Astaldi SpA, azienda specializzata in opere civili e strutturali, in partnership con Cimolai SpA, leader nella progettazione e costruzione di grandi opere in acciaio e la nostra azienda, EIE GROUP, subfornitore nominato, da oltre 25 anni leader internazionale nella gestione, progettazione e realizzazione di grandi opere nei settori dell’Astronomia, dell’ Astrofisica e della Grande Scienza.

E-ELT sarà uno strumento ottico rivoluzionario per osservazioni nel medio e vicino infrarosso; il gigantesco specchio primario sarà in grado di raccogliere fino a 13 volte più luce rispetto agli attuali grandi telescopi e fornirà immagini fino a 16 volte più nitide rispetto a quelle ottenute dal telescopio spaziale Hubble.
E-ELT, con dentro tutta la tecnologia del futuro che l’Europa e l’Italia hanno già iniziato a inventare, darà modo all’astronomia mondiale di esplorare le zone più remote dell’Universo freddo, consentendo lo studio di pianeti intorno ad altre stelle, di buchi neri massicci, della materia oscura, portandoci là dove nascono le onde gravitazionali.

Il contratto, la cui firma è stata fissata presso la sede dell' ESO a Garching - Monaco, il 25 di Maggio 2016, prevede la realizzazione della struttura del telescopio, dell’edificio rotante, degli edifici ausiliari e di tutte le opere civili.
E-ELT sarà installato in Cile, sul Cerro Armazones, nella parte centrale del deserto cileno di Atacama a circa 130 km a sud della città di Antofagasta e ad una altezza di 3.046 metri sul livello del mare.

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Il telescopio E-ELT rappresenta un insieme straordinario di sfide scientifiche e tecnologiche.
Per avere una percezione della sua grandezza basti pensare che il telescopio avrà un'altezza di 65m con un peso di circa 3500t meccanismi inclusi, con uno specchio primario da 39m di diametro, costituito da 798 segmenti esagonali di 1.4m di diametro e uno spessore di soli 5cm. La cupola rotante avrà un diametro di 95m, un’altezza di circa 80m e un peso, edifici ausiliari e opere civili escluse, di circa 4980t.

Caratteristiche del Dome:

EIE GROUP è stata l’unica azienda al mondo ad aver ricevuto da ESO contratti sia per la progettazione del telescopio sia dell' edificio.
La progettazione di EELT è iniziata nel 2007, dapprima con con gli studi e le analisi relative a verificare il concept, apportare migliorie, ottimizzazioni e cost estimate, per passere poi al Front-End Engineering & Design Study, fino a che gli studi costruttivi non hanno permesso a ESO di emettere il bando di gara.
Tutte le attività sono iniziate con un concetto di telescopio con uno specchio da 42m di diametroe successivamente, dopo una serie di ottimizzazioni, si è passati alla versione attuale che prevede uno specchio da 39m.
L’aver potuto lavorare fin dalle prime analisi, contemporaneamente su Dome e Telescopio, ci ha consentito di mettere a punto questo complesso e dettagliato sistema integrato di Design & Engineering per tutte le fasi realizzazione del Dome e del Telescopio.

Specificatamente sono state sviluppate le seguenti principali attività:
• Studi ed analisi di fattibilità.
• Analisi di tutte le operazioni, attività di manutenzione e di sicurezza.
• Attività relative alle specifiche, ai disegni, piani e documentazione di fabbricazione per realizzare, come richiesto dal bando di gara, il Dome e la struttura del telescopio.

La gestione di un progetto di questa complessità, multidisciplinare e sistemico richiede una struttura organizzativa di altissimo livello professionale, all'avanguardia nelle tecnologie e con una storia alle spalle fatta di consolidate capacità nel settore.
E-ELT è uno dei progetti più complessi mai realizzati prima in astronomia.
Tuttavia, un tal progetto non è solo caratterizzato da una complessità tecnologica e organizzativa, ma dalla straordinarietà delle performances richieste. Un insieme di requisiti le cui interazioni sistemiche ne determinano il successo finale. Il baricentro di tale processo consiste nella capacità di soddisfare i requisiti di specifica durante tutte le fasi di progettazione al fine di garantire il successo del progetto.

Nello specifico del DOME; EIE ha sviluppato per ESO, i seguenti studi ed analisi per la progettazione di:

• Le fondazioni
• Strutture e Cladding
• Analisi FEA, CFD, test in galleria del Vento
• Meccanismi di Rotazione
• Dome Slit Doors
• Louvers
• Windscreen
• Sistemi Elettrici (Power supply, fire alarm, etc)
• Dome Control System
• Thermal Control System
• Edifici Ausiliari
• Handling & Maintenance Equipment
• Access Equipment
• Dispositivi di smorzamento sismico

Il Design del Dome

LE FONDAZIONI

EIE GROUP ha progettato le Fondazioni del Dome, del Telescopio e degli Edifici Ausiliari:

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Le fondazioni del Dome si configurano come una struttura radiale simmetrica a base circolare, con un’altezza di ca 12.40m, uno spessore di circa 1m, per un diametro interno complessivo di 79m ca ed un diametro esterno di ca 92m.
La caratteristica principale delle fondazioni del Dome è di assicurare la giusta stabilità della base del telescopio in caso di deformazioni dovute ad azioni sismiche e trasmesse sia dal suolo che dai movimenti del Dome. Per questo motivo EIE ha adottato un innovativo sistema di dispositivi di smorzamento sismico: Hydrostatic Bearing Pad System.

LE STRUTTURE IN ACCIAIO e il CLADDING

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Lo studio delle strutture in acciaio del Dome è frutto della lunga esperienza di EIE GROUP nella progettazione e nella realizzazione di opere simili, vedi NTT, i quattro VLT, VST, VISTA, ALMA o ancora LBT.
Le soluzioni adottate per E-ELT hanno tenuto conto di requisiti di performance e di specifiche tecniche stringenti, imposti da ESO.
Il Dome di E-ELT è costituito di una complessa struttura in acciaio la cui finalità è quella di proteggere il telescopio dalle intemperie e dalle avverse condizioni climatiche.
L’edificio che ospiterà il telescopio di E-ELT sarà costituito da una struttura in acciaio girevole. Tale struttura poggerà su un pilastro in cemento munito di rotaia sulla quale saranno disposti 54 carrelli e i relativi meccanismi di rotazione. Tutt’intorno al pilastro del dome sono stati progettati gli edifici ausiliari, che conterranno uffici, sale meeting e stanze per attività di tipo tecnico a supporto del funzionamento del telescopio.
L’approccio sistemico da noi adottato ci ha consentito di soddisfare tutti i requisiti di progetto durante le varie fasi di progettazione, dalla Prelininary Design Phase alla Detailed Design Phase.
Il sistema di CLADDING del Dome che funge da parete di ventilazione, proteggendo il telescopio dagli agenti atmosferici esterni, è stato realizzato utilizzando pannelli corrugati in poliuretano rivestiti con lamina di metallo.

ANALISI FEA, CFD, TEST del VENTO
Per sondare la forza strutturale del Dome, la resistenza al crollo e studiarne le possibili deformazioni strutturali, sono state effettuate diverse analisi, fra cui analisi col metodo degli Elementi Finiti, analisi Fluidodinamiche e test in galleria del vento.

MECCANISMI DI ROTAZIONE

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I meccanismi di rotazione del Dome caratterizzano il buon funzionamento del telescopio, l’efficienza e la durata delle osservazioni.
Il sistema di rotazione del Dome è costituito da 54 carrelli in grado di sopportare e contenere le forze laterali. Sono posizionati sul pilastro del Dome e scorrono su un rail circolare. Una quarantina di questi sono motorizzati, i rimanenti sono inerti e dotati di encoders per il controllo della rotazione. Il sistema di rotazione garantisce il movimento rotatorio attorno all’asse di azimuth in entrambe le direzioni ed è indipendente dai movimenti del telescopio e dalla posizione di elevazione del windscreen, come imposto da specifiche tecniche.

PORTELLONI SCORREVOLI DEL DOME

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Il Dome di E-ELT è dotato di due grandi portelloni scorrevoli. Ciascuna porta viene movimentata grazie a quattro carrelli che scorrono lungo le guide posizionate attorno alla circonferenza dell’edificio.
La loro tenuta all’acqua è garantita da un sistema di guarnizioni gonfiabili, mentre un sistema di locking pins ne garantisce la chiusura. Infine, un sistema di bumpers impedisce la presenza di sovraccarichi in caso di emergenza.

LOUVERS

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Un sistema di 89 Louvers garantisce la corretta ventilazione all’interno del Dome. Alcuni sono posizionati sulle fondazioni altri sul Rotating Dome. Una delle peculiarità dei louvers è l’auto-chiusura in caso di improvvisa mancanza di energia elettrica, così da garantire comunque la massima protezione al telescopio. I Louvers consentono l’aerazione degli ambienti all’interno del telescopio: quelli posti sulla parte fissa del dome coprono un’area di circa 230 m², quelli sulla parte girevole coprono un’area di 1.050 m²

IL WINDSCREEN

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Il Windscreen è un sistema di protezione delle strutture del Telescopio dal vento. Per E-ELT si è optato per una soluzione non invasiva con il windscreen caratterizzato da quattro moduli in alluminio azionati da motori verticalmente dal basso verso l’alto. E’ installato di fronte all’apertura delle Dome Slit Doors e quando in posizione chiusa, si trova nella parte bassa delle DSD.

IMPIANTI ELETTRICI
L’intera rete di distribuzione elettrica del Dome è stata progettata per ottimizzare la localizzazione dei sistemi elettrici, così da aumentarne la sicurezza, ridurre al minimo la presenza di cavi e garantire una soddisfacente standardizzazione dei equipaggiamenti. A tal scopo sono state introdotte quattro sottostazioni di trasformazione, due delle quali saranno posizionate lungo la circonferenza del Dome, una sulla chiller platform e una sul pilastro del telescopio.

DOME CONTROL SYSTEM
Il dome è controllato da un Dome Local Control System che si interfaccia con il Telescope Control System via Local Area Network basato su un’architettura di sicurezza totale (fail-safe architecture). Esso è costituito da una serie di controllers (CPUs) e da una rete di unità di controllo, gateways e riduttori, sensori e attuatori necessari a controllare e supervisionare il domenica

THERMAL CONTROL SYSTEM
Il Thermal Control System del Dome è caratterizzato dalla presenza di 6 Air Handling Units situate nell’area degli edifici ausiliari, di cui 4 air units (AHUs) per il raffrescamento e 2 air units (AHPUs) per il raffrescamento e pressurizzazione. Durante il giorno l’aria viene introdotta nella Telescope Chamber attraverso condotti dell’aria isolati posizionati lungo la parte interna del pilastro del Dome.

EDIFICI AUSILIARI

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Tutt’intorno al pilastro del Dome sono stati progettati gli edifici ausiliari, che conterranno uffici, sale meeting e stanze per attività di tipo tecnico a supporto del funzionamento del telescopio. Si tratta di moduli in acciaio con un’altezza di ca 4.60m e una profondità di ca 20m. Gli edifici ausiliari sono situati al di sotto dell’apertura dei Louvers e la loro struttura è indipendente dal Dome e dalle sue fondazioni.

SISTEMI DI MOVIMENTAZIONE E MANUTENZIONE
Un sistema di movimentazione primario consente la movimentazione di tutti i materiali ed equipaggiamenti funzionali al Dome, al Telescopio e alla strumentazione principale, mentre un sistema di movimentazione secondario, associato al primario, garantisce la corretta manutenzione della strumentazione all’interno del Dome e del Telescopio.

ACCESS EQUIPMENT SYSTEM

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Con la progettazione del Dome Access System si sono cercate soluzioni per garantire accesso al Dome a persone, materiali e strumentazione. Si sono dunque progettati diversi sistemi per accedere ai vari livelli del Dome, fra cui scale, passerelle, ascensori e piattaforme.
Un sistema di accessibilità secondario invece, è stato previsto per garantire accesso per attività ispettive, di manutenzione agli equipaggiamenti e sottosistemi del Dome

DISPOSITIVI DI SMORZAMENTO SISMICO
Il Consorzio ACe ha studiato la possibilità di evitare l’utilizzo di smorzatori di sisma sul pilastro del telescopio, così da garantire la massima rigidezza del Telescopio.
Per questo motivo EIE ha adottato un innovativo sistema di dispositivi di smorzamento sismico: Hydrostatic Bearing Pad System.

La Scienza con EELT

I telescopi giganti sono considerati, in tutto il mondo, una delle più alte priorità dell’Astronomia da terra contemporanea. E-ELT, col suo occhio da 39m di diametro, rivoluzionerà la nostra percezione dell’Universo, raccogliendo fino a 15 volte più luce rispetto ai più avanzati strumenti ottici oggi attivi. Il telescopio, presenta un innovativo design a 5 specchi e include ottiche adattive in grado di correggere le deformazioni dell’atmosfera, garantendo eccezionale qualità d’immagine.
Con E-ELT la scienza sarà in grado di studiare i pianeti extra-solari, dai dischi protoplanetari attorno a stelle in formazione, fino allo studio delle atmosfere di pianeti già formati, con la possibilità di scoprire se c’è vita su di essi.
E-ELT consentirà di dare risposta a quesiti che da sempre l’uomo si pone circa la formazione dei pianeti e la loro evoluzione. Inoltre sarà possibile studiare le prime galassie seguendone l’evoluzione attraverso il tempo cosmico.
E-ELT sarà uno strumento unico attraverso il quale si potrà creare un inventario degli elementi dell’Universo in continua evoluzione, capire la storia della formazione delle stelle nelle galassie.

Link alla pagina web di EELT
ESO