Antenas del SKA

Cuando se piensa en un radiotelescopio, la mayoría de la gente piensa en una antena de tipo disco.

Lo primero que nos viene a la cabeza al pensar en un “disco” es posiblemente una antena parabólica de las que se usan para ver televisión, o quizá las grandes antenas que salen en la película “Contact”. Los discos del SKA, uno de los tres tipos de receptores que se utilizarán (los otros son los aperture array de dipolos a baja frecuencia y los aperture array a frecuencia media) se construirán e instalaran a escalas nunca antes vistas, utilizando nuevas técnicas de construcción de antenas en tierra.

Radiotelescopios existentes.

El mayor radiotelescopio de disco del mundo es el de Arecibo, que sólo se puede mover en parte, situado en una cavidad natural en Puerto Rico. Con 305 metros de diámetro, ha contribuido de manera inestimable en la investigación científica desde principios de los años 60, y como un pathfinder para el SKA, todavía sigue en la vanguardia de la radioastronomía.

Arecibo radio telescope

El radiotelescopio de Arecibo. Crédito de la imagen: NAIC Arecibo

El telescopio SKA, que utilizará múltiples discos de 15 metros, como un interferómetro, superará la sensitividad y posibilidades de las antenas como la de Arecibo, aunque las antenas del SKA individualmente sean mucho más pequeñas.

La combinación de varios miles de estas antenas de 15 metros de diámetro formará una parte sustancial del SKA, aportando al telescopio la capacidad de observar a alta frecuencia. Estos discos se podrán mover, al contrario que los aperture array, que dependen de la tecnología informática para “moverse” hacia las fuentes que observen. Esto quiere decir que los discos tienen que ser construidos siguiendo unos estándares muy exactos.

Muchos aspectos del diseño de antenas del SKA no tienen precedentes, no sólo por el gran número de discos requerido y la precisión en la ingeniería que ello conlleva, sino también por la inmensa sensitividad y la cantidad de datos que resultarán de observar con esta amplia área colectora. Los conjuntos de radiotelescopios actuales, como el VLMA en Nuevo México, utilizan telescopios repartidos por grandes territorios, pero la cantidad de datos generada por estos telescopios se verá empequeñecida por el SKA.

Los discos del SKA estarán hechos de compuestos de fibra de carbono, con una precisión en su tallado sin igual en la radioastronomía actual. Capaces de resisitir fuertes vientos, y todo tipo de estrés térmico y ambiental, los discos del SKA serán únicos en el mundo de la radioastronomía.

Aunque la sensibilidad es una de las mayores motivaciones del diseño del SKA, también hay que llevar a cabo sondeos de grandes regiones del cielo, lo que podrá hacer el SKA miles de veces más rápido que cualquier otro radiotelescopio anterior.

Unos pocos discos grandes proporcionan una alta sensitividad pero muchos discos pequeños con mayor campo de visión también ofrecen la posibilidad de hacer sondeos del cielo más rápidos.

Para encontrar un compromiso entre las dos opciones, se ha decidido utilizar discos de 15 m de diámetro para obtener simultáneamente un buen campo de visión al mismo tiempo que hay una alta sensibilidad a un coste que permita que el SKA entre dentro de su presupuesto.

Consideraciones para el diseño de los discos.

Desarrollar varios miles de antenas de tipo disco hace que se tengan que tomar en consideración múltiples diseños y factores científicos y de desarrollo. La lista siguiente muestra tan sólo algunos de los requerimientos mayores que se tienen en cuenta como parte del proceso de diseño:

  • Rango dinámico de imagen – El rango de señal en términos de intensidad en el que el SKA será capaz de observar. También significa que los discos deben ser extremadamente precisos en el apuntado en entornos desérticos.
  • Diseño para manofactura en masa – Construir de la manera más eficiente y hacer decisiones técnicamente excepcionales, manteniendo el presupuesto establecido por la organización del SKA.
  • Bajo coste de mantenimiento por disco – Una vez construido, cómo mantenerlos y operar los telescopios con el presupuesto más eficiente. La seguridad de los discos será un factor clave aquí.
  • Instalación rápida con mínima mano de obra y equipación – El tamaño del proyecto implica que la instalación de cada disco, puesto que serán miles de ellos, tiene que ser eficiente.
  • Flexibilidad – Asegurar la máxima flexibilidad tanto para los telescopios como para todo el conjunto.
  • Máxima sensibilidad por disco – Asegurar que cada disco proporciona la mayor sensibilidad y que es consistente con todos los discos del conjunto.

Ningún diseño de radiotelescopio hecho hasta ahora ha conseguido combinar todos estos requisitos, y por lo tanto el SKA tendrá que intentar hacer cara a estos retos tecnológicos que lo harán único en el campo de la radioastronomía en uno de los entornos más inhóspitos de nuestro planeta.

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