Lo Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) è un Boeing 747 SP rinnovato, equipaggiato con un telescopio a infrarossi da 2,7 metri che rende il velivolo l'unico osservatorio volante al mondo. Questo innovativo progetto di ricerca consente agli scienziati di osservare lo spettro infrarosso della luce, visibile solo parzialmente da terra, dall'altitudine di crociera di SOFIA nella stratosfera. L'osservatorio è stato sviluppato attraverso una partnership tra il centro aerospaziale tedesco (DLR) e l'ente nazionale americano per le attività spaziali e aeronautiche (NASA).
L'utilizzo scientifico di SOFIA è coordinato dal German SOFIA Institute (DSI), con sede presso l'Università di Stoccarda, e la Universities Space Research Association (USRA) degli Stati Uniti. Un consorzio di imprese tedesche ha progettato e prodotto il telescopio su commissione del DLR. I sistemi di isolamento vibrazionali e rotazionali, le telecamere di tracciamento e l'interfaccia del sistema del telescopio/di tracciamento sono stati sviluppati dal DSI. La NASA è stata responsabile della modifica del velivolo per percorrenze a lungo raggio, del montaggio del telescopio, del collaudo e delle operazioni di volo. Il punto di vantaggio di SOFIA rispetto ai telescopi a terra risiede nel fatto che gli astronomi possono collocare l'osservatorio in una posizione precisa per osservare eventi celesti rari, come le occultazioni, e compiere osservazioni dall'emisfero settentrionale e meridionale con lo stesso insieme di strumenti.
La luce infrarossa emessa dagli oggetti dello spazio è di particolare interesse per gli scienziati e solo parzialmente osservabile da terra, principalmente per il fatto che il vapore acqueo presente nell'atmosfera terrestre blocca il passaggio della radiazione infrarossa. Tuttavia, da un'altitudine di 13 chilometri nella stratosfera, non vi è quasi alcun ostacolo che impedisca l'osservazione di oggetti astronomici nello spettro infrarosso.
Secondo il Dott. Dörte Mehlert dell'Università di Stoccarda, il DSI ha sviluppato una gran parte dei propri sistemi SOFIA collaborando con laureati e dottorandi dell'università. Per agevolare la collaborazione e lo sviluppo, il team aveva bisogno di uniformarsi su una piattaforma di progettazione comune 3D. Il DSI ha scelto il software SOLIDWORKS® Research Edition poiché è facile da utilizzare, i progettisti hanno accesso a strumenti di simulazione SOLIDWORKS integrati e SOLIDWORKS è conosciuto tra i partecipanti al progetto.
"Il motivo essenziale per cui abbiamo scelto il software SOLIDWORKS sta nel fatto che questo software viene utilizzato da molti dei nostri partner industriali", spiega Yannick Lammen, dottorando in ingegneria meccanica presso l'Università di Stoccarda, che lavora su ottimizzazioni strutturali dei sistemi di isolamento vibrazionali e rotazionali per il telescopio. "Io, e almeno un altro collega, non avevamo utilizzato SOLIDWORKS prima di questo progetto, ma il software è così intuitivo che è servita circa una settimana per imparare a utilizzarlo".
SIMULAZIONE DELLE CONDIZIONI DELLA STRATOSFERA
Il team di sviluppo del SOFIA ha utilizzato il software di modellazione SOLIDWORKS per progettare i vari assiemi e componenti richiesti per stabilizzare il telescopio e le telecamere di tracciamento durante il volo. I membri del team hanno anche sfruttato gli strumenti di SOLIDWORKS Simulation per convalidare e ottimizzare le prestazioni del progetto nel delicato ambiente di esercizio di un velivolo che si muove nella stratosfera.
"Il velivolo del SOFIA vibra e si muove in continuazione e i sistemi del telescopio devono poter funzionare entro una vasta gamma di temperatura e pressione", spiega Jan Drendel, laureato in ingegneria meccanica presso l'Università di Stoccarda, che ha lavorato all'interfaccia tra le tre telecamere di tracciamento/posizionamento del velivolo e il telescopio. "Il sistema è soggetto al caldo clima californiano quando è a terra e a temperature vicine ai -40 °C quando si trova nella stratosfera".
"Grazie agli strumenti di SOLIDWORKS Simulation, ho condotto studi di sollecitazione statica lineare ed espansione termica sui componenti di interfaccia della telecamera/del telescopio", prosegue Drendel. "Il peso è un fattore critico in termini di progetti aerospaziali. SOLIDWORKS Simulation ha contribuito a ridurre il quantitativo di materiale e peso su componenti a bassa sollecitazione di esercizio nonché a rafforzare quelle parti che subiscono una sollecitazione elevata".
