Nel deserto cileno di Atacama, a un’altezza di quasi 3.000 metri, sta prendendo forma un’opera imponente. Si tratta dell’Extremely Large Telescope (ELT) dell’ESO (European Southern Observatory), protetto da un involucro a forma di cupola, Dome, che raggiunge un diametro di 86 metri. Grande come un campo da calcio. Considerando la struttura ausiliaria intorno al pilastro del Dome, si arriva a un diametro di 115 metri, con un’altezza di 80 metri, paragonabile a quella del Big Ben di Londra. Ormai giunto a metà dell’opera, il progetto sarà completato presumibilmente nel 2028, con un costo totale stimato di 1,4 miliardi di euro.

Compito dell’ELT sarà cercare esopianeti orbitanti attorno ad altre stelle, studiare approfonditamente la materia oscura dell’universo e la formazione delle prime galassie. Nonostante l’imponenza delle dimensioni e del suo scopo, le prestazioni dell’ELT si affideranno in parte a una serie di basi di sostegno regolabili SKF di soli 80 millimetri di diametro.

Un consorzio tutto italiano

Nel 2016, il consorzio d’imprese ACe guidato da Cimolai, leader nella progettazione e costruzione di grandi opere in acciaio, si è aggiudicato l’assegnazione della gara indetta dall’organizzazione intergovernativa ESO, per la progettazione, la fabbricazione, il trasporto, l’assemblaggio e la messa in funzione del Dome e della struttura principale. Il Dome, la cui finalità è proteggere il telescopio, è dotato di due enormi portelloni scorrevoli che si aprono di notte e si chiudono di giorno, e garantiscono la tenuta a vento, acqua, polvere e luce. Un sistema di condizionamento interno dell’aria assicura la stabilità termica del telescopio e delle sue unità optomeccaniche.

Cimolai si occupa di diversi elementi che compongono l’ELT, tra cui i meccanismi di apertura e chiusura del Dome. Data l’elevata sismicità della zona in cui sorge l’osservatorio, nella progettazione l’azienda ha dovuto studiare l’integrazione di dispositivi di smorzamento sismico sia per il Dome sia per la struttura principale. Ha inoltre dovuto tenere conto delle deformazioni dovute a fattori quali gravità, vento, temperatura, ritiro del calcestruzzo e assestamento del terreno.

Specchio primario, il fulcro

Lo specchio primario, M1, che raccoglie la luce dal cielo, è il fulcro di questa macchina astronomica. Marco Colussi, senior structural engineer di Cimolai e project design manager, dice che è fondamentale per il funzionamento complessivo del telescopio.

La capacità di regolazione è fondamentale per l’efficacia del telescopio.

Marco Colussi, senior structural engineer di Cimolai e project design manager.

Con un diametro di 39 metri, lo specchio è composto da 798 segmenti esagonali, che devono essere montati su una struttura di base a formare un unico specchio. Cimolai deve assicurare il loro accurato assemblaggio sull’enorme sottostruttura in acciaio, per garantire le prestazioni ottimali dello specchio. È qui che entrano in gioco le basi di sostegno registrabili.

“Ogni segmento è sostenuto da tre flange in acciaio, ciascuna delle quali poggia su quattro basi di sostegno SKF Vibracon”, spiega Colussi. La disposizione flangia/base di sostegno funge da piastra di interfaccia tra il segmento e la struttura in acciaio sottostante. “La capacità di regolazione è fondamentale per l’efficacia del telescopio”.

Registrazione di precisione

Ogni base di sostegno SKF Vibracon a basso profilo è regolabile fino a 12 millimetri, ma in questo caso l’applicazione ha richiesto un valore superiore, che ha comportato varie modifiche al progetto.

Come prima cosa, Cimolai ha previsto l’inserimento di rondelle supplementari che hanno permesso di portare la regolazione a oltre 12 mm. “Ogni singola flangia deve essere installata e registrata con una precisione nell’ordine dei decimi di millimetro, per tutti i 39 metri di diametro dello specchio”, osserva Colussi. Le basi di sostegno devono inoltre avere un ingombro minimo, non superiore ai 25 millimetri di altezza.

Progetti speciali talvolta richiedono soluzioni speciali. In questo caso si è arrivati a installare le basi di sostegno capovolte. Dice Colussi: “Così siamo riusciti a soddisfare i requisiti di rigidezza del sistema”.

Installazione capovolta

Di norma, il diametro più piccolo della base sta sopra. Questo però avrebbe influito negativamente sulla rigidezza della piastra di interfaccia. Installare la base di sostegno capovolta ha contribuito a dirigere correttamente il carico e a mantenere una maggiore rigidezza, che è fondamentale perché consente di ridurre notevolmente il peso. “Se le piastre fossero meno rigide, dovremmo ispessirle”, aggiunge Colussi.

Piastre più spesse – tre per ogni segmento di specchio – renderebbero la struttura molto più pesante e limiterebbero le prestazioni del telescopio: il maggior peso del supporto dello specchio M1 aumenterebbe la deformazione dell’intera struttura di supporto. “A risentirne sarebbe anche il comportamento dinamico dell’intero telescopio”, commenta Colussi, che aggiunge che se le fondazioni non sono precise, rigide e stabili non possono garantire nel tempo i severi requisiti di deformazione e ripetibilità, con la conseguenza che la struttura sovrastante, lo specchio, non funzionerebbe correttamente.

Modifiche decisive per il design

Il design delle basi di sostegno Vibracon è stato migliorato durante la fase di progettazione e le modifiche apportate hanno contribuito a ottimizzare il design del telescopio. Il carico nominale è stato aumentato da 90 a 140 kN e l’anello inferiore è stato reso più spesso. Nel complesso, l’insieme di regolabilità, rigidezza e risparmio di peso ha permesso di ottenere un design più snello, che contribuisce a migliorare l’efficienza dello specchio M1.

Per Cimolai un progetto di queste dimensioni ha rappresentato un nuovo punto di partenza. “Questo è il primo telescopio che abbiamo progettato e costruito”, dichiara Colussi. “Ci piacerebbe espanderci in questo campo. Lo specchio M1 è una delle parti cruciali del telescopio e le basi di sostegno SKF Vibracon svolgono un ruolo fondamentale nel progetto”.