Presisi ke luar angkasa: Komponen Liebherr sebagai kunci teleskop radio generasi terbaru
Hanya ada sebuah plakat kecil yang tidak mencolok di dasar struktur yang sangat besar. Hal ini membuat kisah yang diceritakannya menjadi lebih signifikan. Film ini berfokus pada Dr Karl-Heinz Stenvers, perintis teleskop radio dan antena yang meninggal dunia tahun lalu. Pada tahun 1980-an, insinyur Jerman merancang beberapa antena parabola bergerak pertama untuk tujuan astronomi. Berkat perkembangannya, foto pertama lubang hitam berhasil diambil pada tahun 2019 - foto yang memukau dunia. Lubang hitam dan rahasia alam semesta yang masih belum terjamah juga menjadi fokus prototipe teleskop radio baru yang didedikasikan untuk Dr Karl-Heinz Stenvers di padang pasir New Mexico (AS).
Antena parabola sepanjang 18 meter, dengan 76 panel aluminium yang dirangkai menjadi bentuk segi delapan, diarahkan ke langit. Dalam gerakan yang sangat lambat, nyaris tidak terlihat oleh mata manusia, benda ini berputar berlawanan arah dengan rotasi Bumi. Mobilitas presisi milimeter ini merupakan hasil dari keahlian teknik tingkat tertinggi: 143 ton baja, aluminium dan CFK harus dipandu dengan presisi sedemikian rupa sehingga antena tetap sejajar dengan objek di angkasa. Sebuah mahakarya mekanis yang sesungguhnya. Hal ini dimungkinkan oleh kombinasi bantalan slewing bebas putar dan drive dari segmen produk Liebherr Components. Bantalan ini memiliki diameter lebih dari tiga meter, dan pemasangannya dikerjakan dengan mesin hingga presisi mikrometer. Ini adalah satu-satunya cara untuk mencapai kekakuan yang diperlukan untuk menggerakkan teleskop radio besar dalam angin dan suhu yang berubah-ubah tanpa permainan yang signifikan.
Lutz Stenvers, CEO dan pemegang saham pengelola mtex antenna technology gmbh
Dari ayah ke anak - proyek keluarga dengan dimensi tak terbatas
Dr Karl-Heinz Stenvers bukan hanya seorang visioner teknis, tetapi juga seorang pria yang berkeluarga. Putranya, Lutz, tumbuh dengan dikelilingi perancah, cincin baja, sketsa teknis di atas kertas grafik berwarna merah muda, dan atlas langit yang memukau. "Saya benar-benar terlahir di bidang ini," jelasnya. Bahkan saat remaja, ia membantu ayahnya membangun antena dan tertarik pada astronomi dan teknik. "Ayah saya adalah seorang insinyur mesin; saya belajar teknik elektro. Di rumah, di sekitar meja makan, kami selalu mendiskusikan teleskop radio, teknologi atau mekanika baru, dan penemuan-penemuan terbaru di alam semesta. Itu pasti ada di dalam gen kita
Setelah menyelesaikan studinya dan mendapatkan pengalaman dalam bisnis konstruksi antena, Lutz Stenvers akhirnya bergabung dengan perusahaan orang tuanya dan mengambil alih posisi direktur pada tahun 2019. Dari perusahaan konsultan kecil yang didirikan oleh ayahnya pada tahun 2014, perusahaan ini telah berkembang menjadi produsen teleskop yang sangat terspesialisasi, yaitu mtex antenna technology GmbH dengan lokasi di Wiesbaden (Jerman), Schkeuditz (Jerman), dan Albuquerque (NM / Amerika Serikat). Mereka menyebut kombinasi keahlian, teknik modern, dan kesinambungan keluarga sebagai 'German Family Engineering'
Berbagai macam superlatif
Nama Stenvers sudah terkenal di dunia astronomi berteknologi tinggi dan membuka peluang bagi perusahaan rintisan. "Fakta bahwa direktur National Radio Astronomy Observatory (NRAO) Amerika Serikat mendekati kami hanya enam minggu setelah perusahaan ini didirikan merupakan hal yang luar biasa. Sungguh mengejutkan ketika, ketika sebagian dari kami masih duduk di kursi berkemah, ia bercerita tentang visinya tentang teleskop radio generasi baru. Hal ini menjadi lebih besar ketika, tak lama setelah itu, pesanan untuk pengembangan teleskop revolusioner benar-benar datang
Penting untuk dicatat bahwa NRAO diakui di seluruh dunia sebagai lembaga utama untuk astronomi radio. Lembaga ini merancang, membangun, dan mengoperasikan teleskop radio atas nama pemerintah AS untuk memungkinkan penelitian alam semesta pada frekuensi radio. Selain penelitian mutakhir, NRAO membantu melatih ilmuwan dan insinyur masa depan, serta merangsang minat masyarakat terhadap sains dan astronomi. Teleskop NRAO terbuka untuk semua astronom, terlepas dari afiliasi institusi atau negara mereka.
Saat ini, mtex sedang mengimplementasikan prototipe untuk proyek teleskop radio paling ambisius saat ini atas nama NRAO: Next Generation Very Large Array, atau disingkat ngVLA. Rencananya adalah untuk memasang array antena dengan 244 antena parabola - seperti prototipe di Dataran Tinggi San Agustin di New Mexico, masing-masing berdiameter 18 meter - yang diposisikan dalam pola yang jelas di seluruh Amerika Utara. "Hal ini memungkinkan kami untuk membuat gambar radio yang ratusan kali lebih tajam daripada gambar optik dari Teleskop Antariksa Hubble (HST) dan gambar inframerah dari Teleskop Antariksa James Webb (JWST)," jelas Lutz Stenvers.
Menelusuri jejak pembentukan planet
Dari sudut pandang ilmiah, ngVLA adalah lompatan kuantum. Astrofisikawan Tom Maccarone dari Texas Tech University berharap penelitian ini akan menghasilkan wawasan baru tentang lubang hitam dan gelombang gravitasi pada khususnya. "Dengan ngVLA, kita bisa mengamati struktur di dekat lubang hitam yang sebelumnya tidak terlihat," jelasnya. "Penelitian ini akan membantu kita memahami bagaimana materi berperilaku dalam kondisi ekstrim, dan bagaimana bintang dan planet terbentuk Ilmu pengetahuan juga berharap untuk mendapatkan wawasan baru dalam pencarian kehidupan di luar bumi. "Dengan bantuan data yang disediakan oleh teleskop radio baru, kita dapat menganalisis komposisi kimia awan gas dan karenanya menarik kesimpulan tentang proses biologis," kata ahli astrofisika.
Bagi Lutz Stenvers, hal ini juga merupakan impian seumur hidup yang terinspirasi oleh ayahnya: "ngVLA akan menjadi teleskop radio paling kuat di belahan bumi utara dan semacam Swiss Army Knife untuk astrofisika. Teleskop ini dapat menyelidiki lingkungan lubang hitam, mengukur medan magnet di galaksi, dan mengamati pembentukan bintang Justru keragaman inilah yang membuat proyek ini begitu menarik baginya dan timnya - dan begitu kompleks.
Lubang hitam - perangkap gravitasi yang misterius
Mekanika yang sempurna untuk gambar yang sempurna
Untuk menggerakkan antena 18 meter dengan presisi selama beberapa dekade sehingga objek sebesar bola golf di bulan, misalnya, dapat diperbaiki dan diamati dengan andal, setiap komponen harus memenuhi standar tertinggi. Untuk ngVLA, Liebherr memproduksi bantalan slewing besar untuk penyesuaian azimuth dan segmen cincin roda gigi untuk elevasi, serta penggerak azimuth dan elevasi yang menopang piringan dan cermin dan secara terus menerus menyelaraskannya dengan titik tetap yang ditargetkan di alam semesta. Dimensinya luar biasa: bantalan memiliki diameter luar 3,3 meter. Ini dirancang sebagai cincin slewing bantalan rol tiga baris untuk menyerap gaya yang sangat besar sekaligus memastikan kekakuan maksimum yang diperlukan.
'Harus dapat memposisikan antena secara tepat. Kami hanya dapat mencapai tingkat presisi maksimum ini jika bantalan dan penggeraknya sangat cocok," jelas Oliver Friedrich, manajer penjualan Eropa di Liebherr-Components Biberach GmbH: pabrik Biberach membutuhkan waktu lima hingga enam bulan untuk menghasilkan konsep bantalan dan penggerak kelas atas. Setiap komponen menjalani program pengujian yang komprehensif setelah selesai, termasuk uji kekakuan, untuk memastikan bahwa drive azimuth dan elevasi tidak hanya memenuhi tetapi juga melampaui standar industri tertinggi. Untuk memastikan ketepatan bantalan azimuth, posisi yang dipilih didekati beberapa kali dalam apa yang disebut 'uji goyangan', misalnya, untuk mengukur dan memastikan akurasi sebesar mungkin selama pengoperasian.
Eva-Maria Steibel-Wahl, insinyur pengembangan untuk teknologi aplikasi Liebherr-Components Biberach GmbH
Kerja sama tim lintas batas
Para insinyur di mtex bekerja sama dengan Liebherr secara erat dan penuh kepercayaan untuk menyesuaikan desain antena dengan komponennya. Lutz Stenvers melihat hal ini sebagai peluang khusus bagi proyek ini untuk berhasil dan berkembang lebih jauh: "Pengembangan komponen presisi tinggi untuk teleskop radio membutuhkan banyak interaksi. Para teknisi kami mengadakan banyak pertemuan teknis dengan para teknisi Liebherr untuk mendorong komponen-komponen tersebut hingga ke batas fisiknya. Bagi kami, dan juga bagi Liebherr, hal ini berarti mendorong diri kami sendiri hingga batas kemampuan kami
Stenvers sangat senang karena Liebherr membawa 'banyak pengalaman yang diperoleh selama puluhan tahun di seluruh Grup ke dalam proyek ini. "Bersama-sama, kami telah berhasil mengoptimalkan bantalan slewing dan drive dalam waktu singkat sehingga sekarang memenuhi persyaratan yang sangat tinggi dari ngVLA dan National Radio Astronomy Observatory. Hal itu membuat hati insinyur saya bernyanyi Sekali lagi, menjadi jelas betapa pentingnya berbagi pengetahuan di antara perusahaan-perusahaan yang dikelola keluarga dalam proyek-proyek teknologi yang luar biasa," kata Lutz Stenvers. "Tanpa kolaborasi antara mtex dan berbagai lokasi dan bidang keahlian Liebherr, proyek ngVLA tidak akan mungkin terwujud. Saya yakin akan satu hal: ayah saya pasti akan sangat senang dengan pencapaian teknik ini
'Kolaborasi antar disiplin ilmu adalah kunci keberhasilan'
Liebherr dan alam semesta: pabrik di Biberach terus memperluas cakrawala manufakturnya untuk pengembangan komponen untuk teleskop radio generasi baru. "Kami dapat melakukan pekerjaan perintis di Liebherr," kata Eva-Maria Steibel-Wahl, insinyur pengembangan untuk teknologi aplikasi di Liebherr-Components Biberach GmbH. Dia bekerja sama dengan mtex untuk memenuhi persyaratan yang menantang. Kami menanyakan hal ini kepadanya.Kami dapat menyumbangkan seluruh keahlian kami untuk proyek ngVLA di Liebherr. Kami dapat memanfaatkan keahlian kami di bidang perhitungan dan desain (perhitungan kekakuan torsional), pengujian (penyiapan pengujian dan pengukuran kekakuan torsional) dan produksi serta perakitan (memastikan reaksi serendah mungkin).
Dengan mtex, kami memiliki pelanggan yang telah mengambil keuntungan dari kesempatan ini dan mengakses pengetahuan gabungan dari beberapa area bisnis Liebherr, bantalan slewing besar dan drive. Dan semua ini telah dicapai pada tingkat yang sangat menuntut dan tinggi. Tujuan dari kolaborasi ini adalah untuk merancang solusi yang dapat menjamin kualitas teknis setinggi mungkin dalam penyesuaian antena. Untuk tujuan ini, kami diberi kebebasan untuk merekomendasikan solusi gearing yang belum tentu sesuai dengan spesifikasi pelanggan, sehingga kami dapat sepenuhnya memanfaatkan potensi kami.
Sangatlah penting untuk memahami secara menyeluruh aplikasi dan persyaratan pelanggan dan mempertimbangkannya dalam desain dan konstruksi. Solusi roda gigi dengan serangan balik yang diminimalkan bukanlah hal yang baru bagi kami dan diminati untuk banyak aplikasi teknis. Namun demikian, faktor yang menentukan di sini adalah bahwa kami mendesain gearbox untuk kekakuan puntir yang sangat tinggi dan reaksi balik yang sangat rendah. Lebih jauh lagi, sebagai Liebherr-Components Biberach GmbH, kami berkesempatan untuk menyelaraskan slewing bearing dan rotary drive secara geometris, sehingga mengoptimalkan antarmuka. Ini adalah satu-satunya cara agar kami dapat memastikan bahwa seluruh antena dapat disetel dengan lancar dan aman dalam rentang mikrometer.
Secara pribadi, saya sangat terkesan dengan semangat dan keahlian yang dimiliki oleh mtex. Selama proyek ngVLA, saya bekerja dengan berbagai orang di mtex, dan semua orang sangat antusias dengan proyek ini, sehingga komentar teknis kami selalu ditinjau dan diimplementasikan dengan cepat. Kemitraan yang tulus telah berkembang selama proyek berlangsung. Sungguh merupakan pengalaman yang istimewa menjadi bagian dari tim ini. Saya sangat senang mengerjakan proyek di mana kedua perusahaan menunjukkan antusiasme dan semangat yang tinggi.
Gambar yang lebih baik lagi melalui kerja sama trans-Atlantik
Untuk membuat citra ngVLA menjadi lebih baik dan lebih tajam, para astronom Jerman ingin memperluas jaringan di Amerika Serikat dengan teleskop mereka sendiri. Dalam konsep yang disebut LEVERAGE, teleskop radio tambahan tipe ngVLA akan dibangun di Jerman dan Eropa. "Dengan upaya yang relatif kecil, kualitas gambar ngVLA dapat ditingkatkan secara signifikan pada resolusi tertinggi," jelas Matthias Kadler, Profesor Astrofisika di Julius-Maximilians-Universität Würzburg. "Selain itu, teleskop-teleskop Jerman juga dapat digunakan bersama dengan jaringan lain, seperti yang ada di Afrika Selatan atau Asia, sehingga memberikan Jerman keunggulan strategis dalam persaingan ilmiah internasional." Langkah pertama ke arah ini akan dicapai dengan Teleskop Milimeter Wetterstein, yang akan segera dibangun di gunung tertinggi Jerman, Zugspitze. Pada ketinggian 2.650 meter, Stasiun Penelitian Lingkungan Hidup Bavaria "Schneefernerhaus" menawarkan infrastruktur yang ideal untuk mengoperasikan teleskop sebesar itu. Konstruksi cermin teleskop 18 meter di lingkungan pegunungan yang ekstrem ini, serta pengangkutan komponen besar dan berat yang sangat sensitif, seperti bantalan azimuth Liebherr seberat 4,2 ton dan 3,3 meter ke puncak Zugspitze, menimbulkan tantangan tersendiri. Teleskop Milimeter Wetterstein tentunya akan menjadi salah satu proyek konstruksi paling spektakuler di gunung tertinggi di Jerman di tahun-tahun mendatang.
