NSF planlægger at nedlægge Arecibo Observatorys 305m teleskop på grund af sikkerhedsproblemer

Efter en gennemgang af tekniske vurderinger, der fandt skader på Arecibo-observatoriet ikke kan stabiliseres uden risiko for bygningsarbejdere og personale på anlægget, US National Science Foundation vil påbegynde planerne om at nedlægge det 305 meter lange teleskop, som i 57 år har fungeret som en ressource i verdensklasse for radioastronomi, planetarisk, forskning i solsystem og georum.

Beslutningen kommer efter, at NSF har evalueret flere vurderinger fra uafhængige ingeniørfirmaer, der fandt, at teleskopstrukturen er i fare for en katastrofal fejl, og dens kabler er muligvis ikke længere i stand til at bære de belastninger, de var designet til at understøtte. Desuden, flere vurderinger anførte, at ethvert forsøg på reparationer kunne bringe arbejdere i potentielt livstruende fare. Selv i tilfælde af reparationer fremover, ingeniører fandt ud af, at strukturen sandsynligvis ville give langsigtede stabilitetsproblemer.

"NSF prioriterer arbejdernes sikkerhed, Arecibo Observatorys personale og besøgende, hvilket gør denne beslutning nødvendig, selvom det er uheldigt, " sagde NSF-direktør Sethuraman Panchanathan. "I næsten seks årtier, Arecibo Observatory har fungeret som et fyrtårn for banebrydende videnskab og hvordan et partnerskab med et samfund kan se ud. Selvom dette er en dyb ændring, vi vil lede efter måder at hjælpe det videnskabelige samfund og bevare det stærke forhold til befolkningen i Puerto Rico."

Ingeniører har undersøgt Arecibo Observatory 305 meter teleskop siden august, når et af dets støttekabler blev løsnet. NSF godkendte University of Central Florida, som administrerer Arecibo, at tage alle rimelige skridt og bruge tilgængelige midler til at løse situationen og samtidig sikre, at sikkerheden forblev højeste prioritet. UCF handlede hurtigt, og evalueringsprocessen fulgte den forventede tidslinje, anlæggets alder taget i betragtning, kompleksiteten af ​​designet og den potentielle risiko for arbejderne.

Ingeniørholdene havde designet og var klar til at implementere strukturel nødstabilisering af hjælpekabelsystemet. Mens observatoriet var ved at arrangere levering af to erstatningshjælpekabler, samt to midlertidige kabler, et hovedkabel knækkede på det samme tårn 6. november. Baseret på belastningerne på det andet knækkede kabel - som burde have været inden for dets evne til at fungere uden at gå i stykker - konkluderede ingeniører, at de resterende kabler sandsynligvis er svagere end oprindeligt forventet.

"Ledelse ved Arecibo Observatory og UCF gjorde et prisværdigt arbejde med at løse denne situation, handler hurtigt og forfølger alle mulige muligheder for at redde dette utrolige instrument, " sagde Ralph Gaume, direktør for NSF's afdeling for astronomiske videnskaber. "Indtil disse vurderinger kom ind, vores spørgsmål var ikke, om observatoriet skulle repareres, men hvordan. Men i sidste ende, en overvægt af data viste, at vi simpelthen ikke kunne gøre dette sikkert. Og det er en grænse, vi ikke kan krydse."

Omfanget af NSF's nedlukningsplan vil kun fokusere på 305 meter teleskopet og er beregnet til sikkert at bevare andre dele af observatoriet, der kan blive beskadiget eller ødelagt i tilfælde af en uplanlagt, katastrofalt sammenbrud. Planen sigter mod at bevare så meget som muligt af den resterende infrastruktur i Arecibo Observatory, så det forbliver tilgængeligt for fremtidige forsknings- og uddannelsesmissioner.

Nedlukningsprocessen involverer udvikling af en teknisk udførelsesplan og sikring af overholdelse af en række juridiske, miljø, sikkerheds- og kulturelle krav i de kommende uger. NSF har godkendt en fotografisk undersøgelse i høj opløsning ved hjælp af droner, og overvejer muligheder for retsmedicinsk evaluering af det knækkede kabel - hvis en sådan handling kunne udføres sikkert - for at se, om noget nyt bevis kunne informere de igangværende planer. Dette arbejde er allerede påbegyndt og vil fortsætte under planlægningen af ​​nedlukningen. Udstyr og andre materialer vil midlertidigt blive flyttet til bygninger uden for farezonen. Når alle nødvendige forberedelser er gjort, teleskopet ville blive genstand for en kontrolleret adskillelse.

Efter nedlukningen af ​​teleskopet, NSF har til hensigt at genoprette driften ved aktiver såsom Arecibo Observatory LIDAR-faciliteten – et værdifuldt georumforskningsværktøj – såvel som i besøgscentret og Culebra-anlægget udenfor, som analyserer skydække og nedbørsdata. NSF vil også søge at udforske mulighederne for at udvide læringscentrets pædagogiske kapacitet. Sikkerhedsforanstaltninger på grund af COVID-19-pandemien vil forblive på plads efter behov.

Nogle Arecibo-operationer, der involverer analyse og katalogisering af arkiverede data indsamlet af teleskopet, ville fortsætte. UCF sikrede forbedrede cloud-lagrings- og analysefunktioner i 2019 gennem en aftale med Microsoft, og observatoriet arbejder på at migrere on-site data til servere uden for det berørte område.

Områder af observatoriet, der kan blive påvirket af et ukontrolleret sammenbrud, er blevet evakueret siden kabelbruddet i november og vil forblive lukket for uautoriseret personale under nedlukningen. NSF og UCF vil arbejde for at minimere risikoen i området i tilfælde af et uventet sammenbrud. NSF har prioriteret en hurtig, grundig proces med det formål at undgå en sådan begivenhed.

NSF anerkender den kulturelle og økonomiske betydning af Arecibo Observatory for Puerto Rico, og hvordan teleskopet tjener som inspiration for Puerto Ricans, der overvejer uddannelse og beskæftigelse i STEM. NSF's mål er at arbejde sammen med den Puerto Ricanske regering og andre interessenter og partnere for at undersøge muligheden for at anvende ressourcer fra Arecibo Observatory til uddannelsesformål.

"I løbet af sin levetid, Arecibo Observatory har hjulpet med at transformere vores forståelse af ionosfæren, viser os, hvordan tæthed, sammensætning og andre faktorer interagerer for at forme denne kritiske region, hvor jordens atmosfære møder rummet, sagde Michael Wiltberger, leder af NSF's Geospace Sektion. "Selvom jeg er skuffet over tabet af efterforskningsevner, Jeg mener, at denne proces er et nødvendigt skridt for at bevare forskersamfundets evne til at bruge Arecibo Observatorys andre aktiver og forhåbentlig sikre, at vigtigt arbejde kan fortsætte på anlægget."

Teknisk resumé

Arecibo Observatorys teleskop består af en radioskål 1, 000 fod (305 meter) bred i diameter med en 900-tons instrumentplatform, der hænger 450 fod over. Platformen er ophængt af kabler forbundet til tre tårne.

Den 10. aug. 2020, et hjælpekabel fejlede, glider ud af stikkontakten i et af tårnene og efterlader en 100 fods flænge i skålen nedenfor. NSF bemyndigede Arecibo Observatory til at tage alle rimelige skridt og bruge tilgængelige midler, som beløb sig til millioner af dollars, at sikre den nødvendige analyse og udstyr til at løse situationen. Ingeniører arbejdede på at bestemme, hvordan skaden skulle repareres og bestemme strukturens integritet, da et hovedkabel forbundet til det samme tårn gik i stykker den 6. november.

Det andet knækkede kabel var uventet - tekniske vurderinger efter hjælpekabelfejlen indikerede, at strukturen var stabil, og planlægningsprocessen for at genoprette teleskopet til drift var i gang. Ingeniører fandt efterfølgende ud af, at dette 3-tommers hovedkabel knækkede med omkring 60 % af, hvad der skulle have været dets mindste brudstyrke i en periode med roligt vejr, øger muligheden for, at andre kabler er svagere end forventet.

Inspektioner af de andre kabler afslørede nye ledningsbrud på nogle af hovedkablerne, som var originale til strukturen, og tegn på betydelig glidning ved flere stik, der holder de resterende hjælpekabler, som blev tilføjet under en ombygning i 1990'erne, der tilføjede vægt til instrumentplatformen.

Thornton Tomasetti, det registrerede ingeniørfirma hyret af UCF til at vurdere strukturen, fandt ud af, at i betragtning af sandsynligheden for, at et andet kabel svigter, reparationsarbejde på teleskopet - herunder afbødende foranstaltninger for at stabilisere det for yderligere arbejde - ville være usikkert. Stresstests for at fange et mere nøjagtigt mål for de resterende kablers styrke kunne kollapse strukturen, Thornton Tomasetti fundet. Firmaet anbefalede en kontrolleret nedrivning for at eliminere faren for et uventet sammenbrud.

"Selvom det er ked af det, at vi kommer med denne anbefaling, vi mener, at strukturen bør rives ned på en kontrolleret måde så hurtigt som pragmatisk muligt, " sagde anbefaling til handling brev indsendt af Thornton Tomasetti. "Det er derfor vores anbefaling hurtigt at planlægge nedlukning af observatoriet og udføre en kontrolleret nedrivning af teleskopet."

UCF hyrede også to andre ingeniørfirmaer til at give vurderinger af situationen. En anbefalet øjeblikkelig stabiliseringshandling. Den anden, efter at have gennemgået Thornton Tomasettis model, var enig i, at der ikke er nogen handling, der sikkert kunne verificere strukturens stabilitet, og frarådede at tillade personale på teleskopets platforme eller tårne.

"Kritisk arbejde mangler at blive gjort inden for atmosfæriske videnskaber, planetariske videnskaber, radioastronomi og radarastronomi, " UCF-præsident Alexander N. Cartwright sagde. "UCF er klar til at bruge sin erfaring med observatoriet til at slutte sig til andre interessenter i at forfølge den form for engagement og finansiering, der er nødvendig for at fortsætte og bygge videre på Arecibos bidrag til videnskaben."

Efter at have modtaget de aftalte vurderinger, NSF hentede et uafhængigt ingeniørfirma og Army Corps of Engineers til at gennemgå resultaterne. Firmaet NSF hyrede var enig i anbefalingerne fra Thornton Tomasetti og udtrykte bekymring over betydelig fare fra ukontrolleret kollaps. Army Corps of Engineers anbefalede at indsamle yderligere fotografiske beviser for anlægget og en komplet retsmedicinsk evaluering af det knækkede kabel.

I betragtning af det faktum, at ethvert stabiliserings- eller reparationsscenarie ville kræve, at arbejdere er på eller i nærheden af ​​teleskopstrukturen, graden af ​​usikkerhed om kablernes styrke og de ekstreme kræfter, der virker, NSF accepterede anbefalingen om at forberede sig på kontrolleret nedlukning af 305 meter teleskopet.