Discos

¿A qué nos referimos cuando se habla de Discos (DSH) en el diseño del SKA?

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El elemento “Disco” del SKA es probablemente lo que más gente relaciona con un radiotelescopio. Pero para el consorcio Disco (DSH), significa todas las actividades necesarias para la obtención de los discos del SKA, incluyendo la monitorización y control locales de cada disco individual, en el apuntado, electrónica necesaria, infraestructura local, etc… El elemento Disco del SKA incluye un planning para la manufactura de todos los componentes, el ensamblaje e instalación in situ de cada disco (incluyendo todos los componentes), así como los test de calidad. Los precursores y pathfinders del SKA ya existentes son una entidad separada. Este consorcio trata acerca de construir el futuro SKA.

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Más acerca del consorcio de Disco.

El consorcio de Disco del SKA es responsable del diseño y verificación de la estructura de la antena, la óptica, la alimentación, los receptores y todos los sistemas de apoyo e infraestructura para SKA 1-mid y SKA1-survey. El Consorcio está subdividido en los elementos de trabajo resumidos más abajo. La “óptica” estudia el diseño de los discos, y aunque el nivel de tolerancia no es tan restringido como el de sus equivalentes ópticos, tienen que ser construídos a un nivel de precisión aún no alcanzado en el campo de la radioastronomía.

El reto principal
Probablemente uno de los mayores retos para el consorcio de Disco es la producción en masa de varios miles telescopios de 15m, todos con las mismas características a nivel de rendimiento, construídos con nuevas ideas de diseño, y fabricados para durar y tolerar las durísimas condiciones del desierto en el que operarán. Combinado con el elemento primordial del coste, y obteniendo la mejor relación calidad/precio, el elemento de Disco del SKA es un reto formidable a nivel técnico e ingenieril.

Objetivos
El objetivo del elemento de trabajo “Estructura del Disco” es desarrollar un diseño listo para construcción de la estructura de los discos que se utilizarán en SKA1-mid y SKA1-survey. Se están construyendo tres antenas prototipo dentro del Consorcio: DVA-1 en Canada, DVA-C en China, y MeerKAT-1 en Sudáfrica.

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El elemento “Estructura del Disco” analizará opciones de diseño tomadas a partir de estos prototipos, y estimará sus costes de construcción para hacer una comparación de calidad/precio. En ese momento emprenderá diseños preliminares y detallados de la estructura de antena elegida, y preparará planos detallados y planes de pruebas de manufactura y verificación para el diseño de la preproducción del prototipo de estructura de disco del SKA (SKA-P).

El elemento de trabajo “Single Pixel Feed” (SPF, que significa algo así como alimentación de un único píxel) diseñará la combinación de elementos de alimentación, transductores ortomodales (OMTs, a partir de sus siglas en inglés), y amplificadores de bajo ruido (LNAs, en inglés) que reciben las señales radioastronómicas. Los elementos de alimentación, OMTs y LNAs serán diseñados y prototipados para las bandas del SKA SPF. También se desarrollarán prototipos de criostatos para enfriar el sistema que albergará los LNAs, así como prototipos de sistemas de vacío y sistemas de alta presión de Helio, que se necesitan para enfriar criogénicamente el SPFs, esencial para las operaciones a bajo ruido de estos telescopios.

El elemento de trabajo “Phased Array Feed” (PAF, que quiere decir alimentación de arrays en fase) diseñará las PAFs o radiocámaras para las tres bandas del SKA PAF. Se construirá un prototipo de PAF en banda 2 donde se incluirá la electrónica suficiente como para formar un haz, un chasis completo y estructuras de cableado, enfriamiento y soporte. Los PAFs requieren un banco de filtros polifase (PPFB a partir de sus siglas en inglés) y un formador de haz para diezmar los datos y formar los haces que serán correlados posteriormente en el Procesador Central de Señales.También se construirá un prototipo de PPFB y formador de haces, que pueden albergar las tres bandas del PAF. El elemento de trabajo PAF llevará a cabo pruebas en la antena de los arrays de alimentación “Vivaldi” y “tablero de ajedrez” para determinar qué tipo de alimentación proporciona el mejor rendimiento. También se investigará acerca de la integración de LNAs, conversores analógico-digitales, y enlaces de datos a alta velocidad para un esquema de digitalización en la antena que podría reducir costes, peso y consumo de energía.

El elemento de trabajo “Receptores” diseñará el hardware que digitaliza las señales grabadas con cada uno de los cinco SPFs y prepara estos datos digitalizados para transmitirlos a través de una fibra óptica. Los prototipos de receptores se desarrollarán para las bandas 1 y 2, bandas de alta prioridad del SKA SPF . Serán integrados con sus respectivos paquetes de alimentación y la antena. También se desarrollarán diseños preliminares para las bandas 3 a 5.

El elemento de trabajo “Local Monitor and Control” (LMC, que significa monitorización local y control), definirá la arquitectura para los sistemas de software y hardware que controlan la antena y sus subsistemas, lo que incluye PAFs, SPFs, receptores y sistemas de criogenia y vacío. Este elemento desarrollará el diseño detallado para la interfaz de alto nivel Telescope Manager, bases de datos, organizador de observaciones de los discos, programas de apuntado, pantallas del operador, alarmas así como sistemas de ingreso y monitorización.

La ciencia del DSH
Los discos del SKA se desplegarán completamente durante la segunda fase de construcción del SKA, y cubrirán las radioseñales de mayor frecuencia que se observarán, hasta 20GHz. Los discos son los únicos de los tres tipos de antenas del SKA que tendrán grandes partes móviles. Para manejarlos, los niveles de precisión tanto desde el punto de vista de la ingeniería como de la ciencia, serán inmensos. Para más información acerca de la ciencia que el SKA será capaz de llevar a cabo, visite nuestra sección de ciencia.

El Consorcio DSH
Las 14 instituciones del consorcio aportan una rica experiencia  en cada aspecto del diseño de discos, desde la amplificación a bajo ruido, diseño de antenas, hasta la amplia experiencia en gestión de sistemas. La organización del SKA ha seleccionado para todos los consorcios los más importantes equipos del planeta para hacer que el SKA sea una realidad.

El consorcio está liderado por Dr. Mark McKinnon de CSIRO en Australia con 17 institutos adicionales alrededor del mundo, que son:

 

Para información de contacto de la gente involucrada en cada institución, contactar con el líder del consorcio Mark McKinnon

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