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CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF SKA, il radiotelescopio di prossima generazione: contributo Italiano. Stelio Montebugnoli Medicina SKA Engineering.

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1 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF SKA, il radiotelescopio di prossima generazione: contributo Italiano. Stelio Montebugnoli Medicina SKA Engineering Group Gennaio 2004

2 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF Punti principali: SKA: l architettura, i concetti, lo scenario.SKA: l architettura, i concetti, lo scenario. SKA: la sfida tecnologica.SKA: la sfida tecnologica. Cosa si fa per SKA nel nostro paese.Cosa si fa per SKA nel nostro paese. Ritorni tecnologici.Ritorni tecnologici. Conclusioni.Conclusioni.

3 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF SKA: SKA (Square Kilometer Array): un unico grande strumento per tutta la comunità scientifica internazionale che permetterà di dare risposte ai quesiti della radioastronomia non ottenibili con gli attuali radiotelescopi…. …un unico radiotelescopio, di grandi dimensioni, costruito in un luogo ancora da definire e fruibile contemporaneamente per finalità diverse, via rete, da 100 utilizzatori….

4 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF SKA: larchitettura ARRAY STATION Combiner Processing Software Time dependent behaviour t Correlator Processing Software Image of astronomical object …possibilità per molti utenti di effettuare contemporaneamente osservazioni con diverse modalità … Array di antenne (con area da un minimo di m 2 ) distribuito su migliaia di Km per un totale di 10 6 m 2 Main Station

5 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF SKA: I concetti - FOV Multipli (multiutenza) - A= 10 6 m 2

6 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF Confronto del FOV dello stesso elemento di antenna a diverse lunghezze donda: SKA 73 cm SKA 21 cm SKA 6 cm ALMA

7 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF Organizzazioni di cinque continenti si sono impegnate a partecipare allo sviluppo dei concetti e della tecnologia necessari alla progettazione di SKA…. - EUROPA (Francia), Germania, Inghilterra, Italia, Olanda, Polonia, (Russia), (Spagna), Svezia. Polonia, (Russia), (Spagna), Svezia. - ASIA Cina, India, - AUSTRALIA - AUSTRALIA AMERICA Canada, USA - AMERICA Canada, USA SKA: lo scenario AFRICA (Sud Africa) - AFRICA (Sud Africa)

8 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF SKA: la sfida tecnologica I dimostratori: I dimostratori giocheranno un ruolo fondamentale nella determinazione del tipo di antenna da usare, nella verifica dei concetti e crescita della tecnologia. La tecnologia di oggi NON è ancora pronta per la costruzione di SKA, per cui occorre affrontare la progettazione di banchi di prova che ne rendano possibile la crescita…. Principali caratteristiche di SKA: A g = 10 6 m 2 A g = 10 6 m 2 N. di beam simultanei = 100 N. di beam simultanei = 100 Banda= GHz Banda= GHz FOV= GHz (Potere risolutore 1.4 GHz) FOV= GHz (Potere risolutore 1.4 GHz) Dinamica conv. A/D = dB (~ 8/14 Bit) Dinamica conv. A/D = dB (~ 8/14 Bit) Dati da trasportare= Tbit/sec) Dati da trasportare= Tbit/sec)

9 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF SKA: Quale antenna? Diversi sono, ad oggi, i tipi di antenne proposti per lo SKA finale: Arecibo style reflector China Large Adaptive Reflector (LAR) Canada Allen Telescope Array finanziato (12 M$) SETI Institute, US Planar Array Netherlands Luneburg Lenses Australia Cylindrical reflectors Australia

10 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF Tra le varie soluzioni proposte per le antenne di SKA, suscita un grande interesse la soluzione (Australia) cilindrico parabolica per le sue doti di costo contenuto e di estensione del FOV. Per la sua natura, la Croce del Nord rappresenta un eccezionale dimostratore a cilindri parabolici a costo ragionevole e soprattutto complementare a quelli sviluppati dai partner europei.

11 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF SKA: Cosa si fa nel nostro paese? Dimostratori nazionali-Best C- BEST-3: Il più grande dimostratore del mondo (3%) SKA-A2 ottenuto dalla re-ingegnerizzazione di tutta la Croce del Nord. - A g = m 2 - pronto metà / fine del 2006 (in funzione dei finanziamenti) - Costo 73 /m 2 (Area geometrica) A- BEST-1: Primo dimostratore con 4 ricevitori montati su un singolo cilindro del ramo N/S. - A g =176 m 2 - pronto aprile/Maggio 2004, - Finanziato. B- BEST-2: Un secondo dimostratore equipaggiato con 8 cilindri N/S - A g = 1410 m 2 - pronto fine 2004 / inizio 2005, - Finanziato. BEST-1 BEST-2

12 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF La Croce del Nord: un ottimo dimostratore La Croce del Nord è già equipaggiata con oltre 5600 dipoli, facilmente collegabili ad un certo numero di ricevitori di nuova generazione a basso rumore, basso costo ed alta dinamica (già realizzati). BEST-3 (256+96)

13 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF CdN come dimostratore SKA: alcuni aspetti importanti: Uso intelligente degli strumenti a disposizione per produrre dimostratori SKA a costo limitato con ritorno immediato in termini di scienza / tecnologia e, allo stesso tempo, upgrade tecnologico degli stessi strumenti. Contributo allo sforzo internazionale SKA in maniera efficiente: –Esplorazione di aree non ben investigate da altri (tecnologia, verifica dei concetti, algoritmi di adaptive beamforming e di reiezione delle interferenze su un dimostratore di grandi dimensioni). –Traccia degli attuali confini nel dominio del progetto. –Costo contenuto del dimostratore. Produzione di un dimostratore di grandi dimensioni entro il Programmi di attivita di divulgazione: –Ad alto livello sia nazionale che internazionale (congressi, workshop, meeting). –Universita, Scuole Superiori (Tesi, Tirocinio ecc.). –Pubblico (conferenze).

14 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF Ritorni tecnologici Diagnostica medica Comunicazioni

15 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF Ritorni tecnologici Telefonia mobile di prossima generazione (beamforming & adaptive beamforming a basso costo) Applicazioni degli algoritmi di mitigazione delle interferenze radio, studiati per SKA, ai servizi primari (es. controllo di volo).

16 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF Ritorni Tecnologici Controllo di volo di un certo numero di missioni spaziali nello stesso tempo con: - bassa potenza richiesta al Tx di bordo. - assenza di antenne direttive a bordo. (forte diminuzione dei costi di lancio e costruzione…..)

17 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF Fondi per il Dimostratore nazionale SKA: 2.20 M IRACNR (INAF) (Bo) 0.20 M IEIIT CNR (To) 0.15 M Oss. di Cagliari INAF 0.05 M Fac. di Ingegneria (Bo) 0.05 M Fac. di Ingegneria (Fi) 2.65 M PIANO DELLA RIPARTIZIONE DEI FONDI ALLINTERNO DEL CONSORZIO ITALIANO Si sta preparando una richiesta alla UE per circa 2.6 M [FP-6 Design Study (call uscita a Nov 03)] …. questi fondi dovranno essere integrati con fondi nazionali.

18 CNR ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA INAF Conclusioni. SKA è un progetto ambizioso che deve affrontare grandi sfide tecnologiche e disegno di algoritmi efficienti per la reiezione delle interferenze. La vastità del concetto è unica nel suo genere ed in grado di collegare lastronomia, la radio-scienza e lindustria. LItalia sta per rivestire un ruolo molto importante per cui necessita dimostrare una capacità ingegneristica nello sviluppo di un grande dimostratore come BEST-3 ottenuto re-ingegnerizzando, a costi contenuti, la Croce del Nord. Avendo già a disposizione un array come la Croce (5632 dipoli), il costo per m 2 del dimostratore è di circa 100 volte inferiore a quello dei partner europei, con unarea di raccolta 30 volte piu estesa! Il potenziale ritorno in scienza e tecnologia che SKA potrebbe rendere ai paesi partecipanti al consorzio, non ha precedenti. Partecipare al consorzio SKA non significa solo aderire ad un consorzio internazionale, ma significa partecipare attivamente alla realizzazione del radiotelescopio con cui si affronterà la radioastronomia del futuro. Parte dei fondi necessari alla realizzazione dei dimostratori SKA europei saranno probabilmente messi a disposizione dalla UE (FP-6 DS), ma occorreranno anche fondi nazionali.


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