Die NSF plant aus Sicherheitsgründen die Stilllegung des 305-Meter-Teleskops am Arecibo-Observatorium

UPDATE: Das Teleskop ist am 1. Dezember eingestürzt! (→ Meldung der NSF)

Aufgrund technischer Gutachten, bei denen festgestellt wurde, dass Schäden am Arecibo-Observatorium nicht ohne Risiko für die Bauarbeiter und Mitarbeiter der Anlage stabilisiert werden können, wird die US National Science Foundation (NSF) mit der Planung zur Stilllegung des 305-Meter-Teleskop beginnen, das seit 57 Jahren als eine Ressource von Weltrang für die Radioastronomie, Planeten-, Sonnensystem- und Geospace-Forschung dient.

Die Entscheidung wurde getroffen, nachdem die NSF mehrere Gutachten durch unabhängige Ingenieurbüros ausgewertet hatte, die feststellten, dass die Struktur des Teleskops von einem katastrophalen Versagen bedroht ist und ihre Stahlseile möglicherweise nicht mehr in der Lage sind die Lasten zu tragen, für die sie entwickelt wurden. Darüber hinaus hieß es in mehreren Bewertungen, dass alle Reparaturversuche die Arbeiter in eine potenziell lebensbedrohliche Gefahr bringen könnten. Die Ingenieure stellten auch fest, dass sogar im Falle von künftigen Reparaturen die Struktur aller Wahrscheinlichkeit nach langfristig Stabilitätsprobleme bekommen würde.

„Die NFS priorisiert die Sicherheit der Arbeiter, der Mitarbeiter und der Besucher des Arecibo-Observatoriums, was diese Entscheidung notwendig, wenn auch schwer machte“, sagte NSF-Direktor Sethuraman Panchanathan. „Seit fast sechs Jahrzehnten dient das Arecibo-Observatorium als Leuchtturm für bahnbrechende Wissenschaft und demonstrierte, wie eine Partnerschaft mit einer wissenschaftlichen Gemeinschaft aussehen kann. Obwohl dies eine tiefgreifende Veränderung bedeutet, werden wir nach Wegen suchen, die wissenschaftliche Gemeinschaft zu unterstützen und auch die starke Beziehung zu den Menschen in Puerto Rico aufrechtzuerhalten.“

Seit August, als sich eines der Tragseile ablöste, untersuchten Ingenieure das 305-Meter-Teleskop des Observatoriums. Die NSF ermächtigte die University of Central Florida (UCF), die Arecibo verwaltet, alle angemessenen Schritte zu unternehmen und alle verfügbaren Mittel einzusetzen, um die Situation in den Griff zu bekommen, aber nur unter der Prämisse, dass die Sicherheit weiterhin höchste Priorität hat. Die UCF handelte rasch und der Evaluierungsprozess verlief unter Berücksichtigung des Alters der Anlage, der Komplexität des Entwurfs und des potenziellen Risikos für die Arbeiter nach dem erwarteten Zeitplan.

Die Ingenieurteams hatten die strukturelle Notfallstabilisierung des Hilfsseilsystems entworfen und waren bereit, diese umzusetzen. Während das Observatorium die Lieferung von zwei Ersatz-Stahlseilen sowie zwei temporären Seilen veranlasste, brach am 6. November ein Stahlseil am gleichen Turm. Aufgrund der Beanspruchungen durch den zweiten Seilbruch kamen die Ingenieure zu dem Schluss, dass die verbleibenden Stahlseile aller Wahrscheinlichkeit nach schwächer sind als sie ursprünglich projektiert waren.

„Die Leitung des Arecibo Observatoriums und die UCF haben in dieser Situation eine lobenswerte Arbeit geleistet, indem sie schnell gehandelt und alle möglichen Optionen zur Rettung dieses unglaublichen Instruments verfolgt haben", sagte Ralph Gaume, Direktor der Abteilung für Astronomische Wissenschaften der NSF. „Bis diese Einschätzungen kamen, war unsere Frage nicht, ob das Observatorium repariert werden sollte, sondern wie. Aber am Ende zeigte die überwiegende Mehrzahl der Daten, dass dies einfach nicht machbar ist.“

Der Umfang des Stilllegungsplans der NSF würde sich nur auf das 305-Meter-Teleskop konzentrieren und soll andere Teile des Observatoriums sicher erhalten, die im Falle eines ungeplanten, katastrophalen Einsturzes beschädigt oder zerstört werden könnten. Der Plan zielt darauf ab, so viel wie möglich von der verbleibenden Infrastruktur des Arecibo-Observatoriums zu erhalten, so dass sie für zukünftige Forschungs- und Ausbildungsmissionen verfügbar bleibt.

Der Prozess der Stilllegung umfasst die Entwicklung eines technischen Ausführungsplans und die Gewährleistung der Einhaltung einer Reihe rechtlicher, ökologischer, sicherheitstechnischer und kultureller Anforderungen in den kommenden Wochen. Die NSF hat eine hochauflösende fotografische Untersuchung mit Hilfe von Drohnen genehmigt und erwägt Optionen für eine forensische Auswertung des gebrochenen Stahlseils – sofern eine solch Maßnahme sicher durchgeführt werden könnte -, um festzustellen, ob neue Hinweise in die laufenden Pläne einfließen könnten. Diese Arbeit hat bereits begonnen und wird während der gesamten Stilllegungsphase fortgesetzt. Equipment und andere Materialien werden vorübergehend in Gebäude außerhalb der Gefahrenzone verbracht. Wenn alle notwendigen Vorbereitungen getroffen sind, wird das Teleskop einer kontrollierten Demontage unterzogen.

Nach der Stilllegung des Teleskops beabsichtigt die NSF, den Betrieb von Anlagen, wie der LIDAR-Einrichtung – einem wertvollen Geospace Forschungsinstrument – sowie das Besucherzentrum und die externe Culebra-Anlage, in der Daten zur Wolkenbedeckungs- und Niederschlagsdaten analysiert, wieder aufzunehmen. Die NSF wird auch versuchen, Möglichkeiten zur Erweiterung der Bildungskapazitäten des Lernzentrums zu erkunden. Die Sicherheitsvorkehrungen aufgrund der COVID-19-Pandemie bleiben gegebenenfalls bestehen.

Einige Arecibo-Operationen, die die Analyse und Katalogisierung der vom Teleskop gesammelten archivierten Daten beinhalten, würden fortgesetzt. Die UCF sicherte sich 2019 durch eine Vereinbarung mit Microsoft verbesserte Cloud-Speicher- und Analysemöglichkeiten, und das Observatorium arbeitet daran, die Daten vor Ort auf Server außerhalb des betroffenen Gebiets zu migrieren.

Bereiche des Observatoriums, die von einem unkontrollierten Einsturz betroffen sein könnten, sind seit dem Bruch des Stahlseils im November evakuiert worden und bleiben während der Stilllegung für nicht autorisiertes Personal geschlossen. Die NSF und die UCF werden daran arbeiten, das Risiko in der Region im Falle eines unerwarteten Zusammenbruchs zu minimieren. Die NSF priorisierte einen schnellen und gründlichen Prozess, um ein solches Ereignis zu vermeiden.

Technische Zusammenfassung

Das Teleskop des Arecibo Observatoriums besteht aus einer fest montierten Parabolantenne mit einem Durchmesser von 305 Metern und einer 900 Tonnen schweren Instrumentenplattform, die 137 Meter über dem Boden hängt. Die Plattform ist an Stahlseilen aufgehängt, die mit drei Türmen verbunden sind.

Am 10. August 2020 wurde ein Stahlseil defekt, rutschte aus seiner Umlenkrolle in einem der drei Türme und hinterließ einen 30 Meter großen Schnitt in der sich darunter befindlichen Antenne. Die NSF ermächtigte das Arecibo Observatorium alle angemessenen Schritte zu unternehmen, um Analyse und Ausrüstung zu sichern, und stellte finanzielle Mittel in Millionen-Höhe zur Verfügung, die zur Bewältigung der Situation erforderlich sind. Die Ingenieure arbeiteten daran um herauszufinden, wie der Schaden repariert und die Integrität der Struktur festgestellt werden könnte, als ein Hauptseil, das an dem gleichen Turm angeschlossen ist, am 6. November brach.

Der zweite Seilbruch war völlig unerwartet – technische Bewertungen nach dem Ausfall des Hilfsseils zeigten, dass die Struktur stabil war und der Planungsprozess zur Wiederherstellung des Teleskop-Betriebs war im Gange. Die Ingenieure stellten anschließend fest, dass dieses 3-Zoll-Seil bei ruhigem Wetter bei etwa 60% der Mindestbruchfestigkeit gerissen war, was die Wahrscheinlichkeit erhöhte, dass andere Seile schwächer als erwartet sind.

Inspektionen der anderen Stahlseile ergaben neue Brüche an einigen der Hauptseile, die ursprünglich für die Struktur bestimmt waren, und Hinweise auf einen signifikanten Schlupf an mehreren Verankerungen ergab, an denen die verbleibenden Hilfsseile befestigt waren, die während einer Umrüstung in den 1990er Jahren hinzugefügt wurden und das Gewicht der Instrumentenplattform erhöhten.

Thornton Tomasetti, das von der UCF mit der Bewertung der Struktur beauftragte Ingenieurbüro, stellte fest, dass Reparaturarbeiten am Teleskop – einschließlich Maßnahmen zur Schadensbegrenzung für zusätzliche Arbeiteten – angesichts der Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls von anderen Seilen unsicher wären. Laut Thorton Tomasetti könnten Stresstests, um ein genaueres Maß für die Festigkeit der verbleibenden Seile zu erfassen, die Struktur zusammenbrechen lassen. Die Firma empfahl einen kontrollierten Abriss, um die Gefahr eines unerwarteten Zusammenbruchs auszuschließen.

„Obwohl es uns traurig macht, diese Empfehlung abzugeben, glauben wir, dass die Struktur so schnell wie möglich auf kontrollierte Weise abgerissen werden sollte“, heißt es in einem Schreiben von Thornton Tomasetti. „Es ist daher unsere Empfehlung, die Stilllegung des Observatoriums zügig zu planen und einen kontrollierten Abrisse des Teleskops durchzuführen.“

Die UCF beauftragte auch zwei andere Ingenieurbüros mit der Beurteilung der Situation. Ein Ingenieurbüro empfahl sofortige Stabilisierungsmaßnahmen. Das andere Büro stimmte Thornton Tomasetti zu, dass es keine Vorgehensweise gäbe, mit der die Stabilität der Struktur sicher überprüft werden könnte und riet davon ab, Personal auf den Plattformen oder Türmen des Teleskops zuzulassen.

„In den Bereichen Atmosphärenwissenschaften, Planetenwissenschaften, Radioastronomie und Radarastronomie müssen noch wichtige Arbeiten weiter durchgeführt werden“, sagte UCF-Präsident Alexander N. Cartwright. „Die UCF ist bereit, seine Erfahrungen mit dem Observatorium zu nutzen, um gemeinsam mit anderen Interessengruppen das Engagement und die Finanzierung zu verfolgen, die erforderlich ist, um die Beiträge von Arecibo für die Wissenschaft fortzusetzen und darauf aufzubauen.“

Nach Erhalt der in Auftrag gegebenen Gutachten holte die NSF ein unabhängiges Ingenieurbüro und das Army Corps of Engineers, um die Ergebnisse zu überprüfen. Die von der NSF beauftragte Firma stimmte den Empfehlungen von Thornton Tomasetti zu und äußerte sich besorgt über die erhebliche Gefahr eine unkontrollierten Zusammenbruchs. Das Army Corps of Engineers empfahl, zusätzlich fotografische Beweise von der Einrichtung zu sammeln und eine vollständige Bewertung des Seilbruchs zu machen.

Angesichts der Tatsache, dass für jedes Stabilisierungs- oder Reparaturszenario Arbeiter an oder in der Nähe der Teleskopstruktur sein müssten, der Unsicherheit über die Festigkeit der Seile und der extremen Kräfte bei der Arbeit, akzeptierte die NSF die Empfehlung einer kontrollierten Stilllegung des 305-Meter-Teleskops.

26. November 2020/SP
Verein Kuffner-Sternwarte