Ingeniería de sistemas

¿Cómo se construye un gigante como el SKA?

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Una de las primeras visiones artísticas del SKA: University of Cambridge, Reino Unido. Nótese cómo han evolucionado los telescopios desde que se hizo este diseño.

El SKA no es sólo inmenso en tamaño, cubriendo amplias zonas de regiones desérticas en África y Australia, sino que también es uno de los proyectos científicos más complejos jamás concebidos. Con el SKA se hará un gran esfuerzo a nivel global, implicando a miles de científicos, ingenieros, astrónomos y especialistas en construcción trabajando juntos para construir un telescopio verdaderamente extraordinario.

Es en este punto en el que entra en juego el sistema de ingeniería – una manera de asegurarse que el hardware y el software no sólo son de la mayor calidad, sino de optimizar costes.

Desarrollo del SKA

Al mismo tiempo que se construye el SKA, se ‘hacen’ varios SKAs. Estos SKAs son virtuales, es decir, modelos informáticos cuyo comportamiento puede ser analizado, y que permiten hacer cambios en el diseño a bajo coste. Estos modelos, algunas veces se desarrollarán como prototipos físicos reales, y serán usados para muchas cosas, como evaluaciones de calidad, análisis de necesidad de mantenimiento y lo más importante, evaluación de costes.

The "OsKAR" simulation software helped scientists analyse the SKA telescope early designs @ Image University of Oxford

El software de simulación “OsKAR” ayudó a los científicos a analizar los primeros diseños del SKA. Crédito de la imagen: University of Oxford

También se llevan a cabo estudios de calidad/precio utilizando múltiples modelos, de manera que se puede ver qué encarece el proyecto y si se pueden hacer compromisos a nivel de costes sin afectar en el rendimiento. EL SKA es muy grande y complejo, cada telescopio de cada grupo de telescopios necesita ofrecer los mismos estándares de calidad y funcionar de manera idéntica. Por ello, los ingenieros que trabajan en el SKA deben tomar decisiones basándose en estudios muy detallados, porque pequeñas diferencias en el factor calidad/precio en millones de partes pueden tener grandes efectos en el comportamiento del sistema como un todo.

Durante las primeras fases del proyecto SKA, los científicos modelizarán estos requerimientos de ingeniería, y los discutirán con los líderes de industria e ingeniería repartidos por todo el planeta, para estar seguros de que el SKA es capaz de cumplir todas sus promesas científicas. Como hay millones de partes, muchas de ellas replicadas miles de veces en los telescopios, tienen que estar seguros de que los componentes utilizados son sostenibles y eficientes desde el punto de vista económico.

Los científicos e ingenieros trabajarán en colaboración con los managers del proyecto y con la comunidad astronómica que utilizará estos modelos para asegurarse que el SKA alcanza, e incluso supera, todos los requerimientos científicos. La fase de modelado concluirá una vez que se hayan conseguido todos los requerimientos desde el punto de vista de la ingeniería. Los científicos colaborarán utilizando los instrumentos científicos a gran escala, valorando la calidad de los telescopios pathfinder y precursores.

¿Cómo se afronta el sistema de ingeniería del SKA?

Lo primero que se considera son los objetivos científicos del SKA. Estos tienen una importancia vital, puesto que son los que motivan qué el SKA y cómo debe funcionar. Estos objetivos son llamados requerimientos científicos.

A continuación se tiene en cuenta el hecho de que el SKA se tiene que construir en el mundo real, que será operado por humanos, utilizando tecnología existente o proyectada, y que debe circunscribirse en un entorno legal y respetar el medioambiente.

Estas consideraciones dan lugar a otros requerimientos y restricciones que se tienen en cuenta al diseñar el SKA. También se tiene en cuenta la experiencia obtenida a partir de otras grandes instalaciones científicas para hacer requerimientos operacionales adicionales.

Se propone entonces el diseño más puntero, y se analizan las posibles alternativas. El mejor diseño se divide en todos sus elementos, que siguen el mismo proceso de diseño y análisis. Esto se repite hasta llegar a las partes más pequeñas que se puedan construir o comprar.

Las componentes del telescopio, desde los tornillos más pequeños hasta las grandes antenas a alta frecuencia se manufacturan y/o compran, para más tarde ser ensambladas en las distintas fases que culminan en la fase de explotación científica, que comenzará a principios de 2020.

En cada nivel del esamblado se realizan pruebas para identificar problemas tan pronto como sea posible. Para el SKA este es un proceso enorme que durará varios años, pero que no deja nada a la suerte. Tiempo y más tiempo, esta es la estrategia que ha demostrado conducir al mejor rendimiento para un presupuesto dado.

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