La sfida nella progettazione dei sistemi ottici

Come dovremmo affrontare lo sviluppo e l’integrazione di un nuovo sistema ottico complesso e performante? Innanzitutto, diamo un’idea di cosa sia un sistema ottico. Se ci si ferma ad osservare il web, si trovano molte aziende che offrono servizi di sviluppo di sistemi ottici, ma tutto ciò che si vede è un insieme di elementi, quasi sempre in diversi gruppi. Nel contesto di questo discorso tecnico, questo non è un sistema ottico. Un microscopio sarebbe più vicino a uno di questi, o forse il James Webb Space Telescope, che sarebbe un perfetto esempio di un sistema ottico ad alte prestazioni. Un sistema di questo tipo presenta molte sfide oltre a quelle che possono essere affrontate con CODE V o Zemax/OpticStudio. È un po’ estremo, ma è un perfetto esempio di cosa si intenda con questo discorso tecnico.

Un approccio comune

Ritorniamo al tema. Nella mia esperienza, la maggior parte delle persone che si confrontano con un nuovo sistema inizia guardando alcuni principi di base relativi ai primi ordini e alle leggi di scala. Successivamente probabilmente vengono eseguiti alcuni budget di errore che forniscono un'indicazione sulla fattibilità del sistema e su quanto possa essere complicato da realizzare. Successivamente probabilmente vengono eseguite ulteriori simulazioni dettagliate e analisi con il ray tracing per valutare quantitativamente alcuni aspetti non evidenti.

Ma il fatto è che, e questo probabilmente è dovuto alla mia esperienza nel settore industriale, il numero di problemi critici nella specifica è nettamente inferiore al numero di specifiche critiche nei sottosistemi. Forse è addirittura una semplice osservazione che il numero di elementi critici nelle specifiche dei sottosistemi è di gran lunga superiore al numero di elementi critici nelle cosiddette specifiche del cliente. Questo è importante. Ma perché?

Ritorniamo al JWST. Che ne dite di adottare un approccio che ritengo troppo comune? Ordiniamo le parti, le montiamo, prenotiamo un razzo, inviamo il JWST al secondo punto di Lagrange e vediamo come funziona. Se non funziona, lo riportiamo in laboratorio e lo sistemiamo. No, naturalmente questo non funzionerà. I progettisti del sistema ottico del JWST non hanno dovuto spendere molto tempo spiegando che dovevano farlo bene fin dall’inizio.

Il progettista del sistema ottico, lavorando su qualcosa di complesso ma allo stesso tempo concreto, dovrà affrontare questa discussione. C’è una tendenza e una tentazione di mettere insieme le cose dopo un primo lavoro di ingegneria. “Prima luce” e poi, dove siamo in termini di requisiti del cliente, e poi, aggiustamenti. Ma quali aggiustamenti? Qui voglio tornare all’affermazione che il numero di elementi critici nelle specifiche del sottosistema è molto superiore al numero di elementi critici nelle specifiche del cliente. Se questo è il punto in cui ci troviamo e dobbiamo cercare la risposta al perché il nostro sistema non soddisfa i requisiti, allora, naturalmente, non è così grave come riportare indietro il JWST da L2, ma è comunque una cattiva soluzione. A mio parere, questa è una sconfitta.

Come possiamo quindi evitare questa trappola? Spero che molti suggeriscano di iniziare da zero e verificare in ogni fase che le previsioni dei modelli siano soddisfatte fino a quel punto. Se questo è il JWST che stiamo costruendo, allora (suppongo) quasi tutti i collaboratori sono probabilmente molto ben preparati, altamente qualificati e dotati di tutti gli strumenti necessari per il compito. La maggior parte dei progetti (terrestri) non hanno questa fortuna.

Gli strumenti sono disponibili, ma troppo spesso non vengono utilizzati. Forse non sono adeguati a svolgere le attività quotidiane degli ingegneri ottici. La maggior parte delle aziende non dispone di budget di miliardi di dollari e di notorietà per attrarre i migliori talenti del settore, ma deve comunque fornire ai mercati sistemi ottici ad alte prestazioni. È in questo ambito che Senslogic spera di contribuire. Tenete d'occhio questo spazio per ulteriori annunci.