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ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA
SKA, il radiotelescopio di
prossima generazione:
contributo Italiano.
Stelio Montebugnoli
Medicina SKA Engineering Group
Gennaio 2004
INAF
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Punti principali:
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SKA: l’ architettura, i concetti, lo scenario.
SKA: la sfida tecnologica .
Cosa si fa per SKA nel nostro paese.
Ritorni tecnologici.
Conclusioni.
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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….
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SKA: l’architettura
Main
Station
ARRAY
STATION
Array di antenne (con area da un minimo
di 30.000 m2) distribuito su migliaia di Km
per un totale di 106 m2
Correlator
Combiner
Processing
Software
Processing
Software
Image of
astronomical object
…possibilità per molti utenti
di effettuare contemporaneamente
osservazioni con diverse modalità …
Time dependent
behaviour
t
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SKA: I concetti
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- FOV Multipli (multiutenza)
- A= 106 m2
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Confronto del FOV dello stesso elemento di antenna
SKA 73 cm
a diverse lunghezze d’onda:
SKA 21 cm
SKA 6 cm
ALMA
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SKA: lo scenario
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.
- ASIA
 Cina, India,
- AUSTRALIA
- AMERICA  Canada, USA
- AFRICA 
(Sud Africa)
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SKA: la sfida tecnologica
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….
I dimostratori:
I dimostratori giocheranno un ruolo fondamentale nella
determinazione del tipo di antenna da usare, nella verifica dei
concetti e crescita della tecnologia.
Principali caratteristiche di SKA:
Ag= 106 m2
N. di beam simultanei = 100
Banda= 0.1  25 GHz
FOV= 1o @ 1.4 GHz (Potere risolutore 0.1” @ 1.4 GHz)
Dinamica conv. A/D = 50  85 dB (~ 8/14 Bit)
Dati da trasportare=10  200 Tbit/sec)
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SKA: Quale antenna?
Diversi sono, ad oggi, i tipi di antenne proposti per lo SKA finale:
“Arecibo” style reflector
China
Planar Array
Netherlands
Large Adaptive Reflector
(LAR) Canada
Luneburg Lenses
Australia
Allen Telescope Array
finanziato (12 M$)
SETI Institute, US
Cylindrical reflectors
Australia
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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.
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SKA: Cosa si fa nel nostro paese?
Dimostratori nazionali-Best-1-2-3
A- BEST-1: Primo dimostratore con 4 ricevitori montati su un singolo
cilindro del ramo N/S.
- Ag=176 m2
- pronto aprile/Maggio 2004,
- Finanziato.
B- BEST-2: Un secondo dimostratore equipaggiato con 8 cilindri N/S
- Ag= 1410 m2
BEST-2
- pronto fine 2004 / inizio
BEST-12005,
- Finanziato.
C- BEST-3: Il più grande dimostratore del mondo (3%) SKA-A2
ottenuto dalla re-ingegnerizzazione di tutta la
Croce del Nord.
- Ag= 30.000 m2
- pronto metà / fine del 2006 (in funzione dei finanziamenti)
- Costo 73 €/m2 (Area geometrica)
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La Croce del Nord: un ottimo dimostratore
BEST-3
(256+96)
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).
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CdN come dimostratore SKA: alcuni aspetti
importanti:
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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 2006.
Programmi di attivita’ di divulgazione:
– Ad alto livello sia nazionale che internazionale (congressi, workshop,
meeting).
– Universita’, Scuole Superiori (Tesi, Tirocinio ecc.).
– Pubblico (conferenze).
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Ritorni tecnologici
Diagnostica medica
Comunicazioni
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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).
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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…..)
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Fondi per il Dimostratore nazionale SKA:
Si sta preparando una richiesta alla UE per circa 2.6 M€ [FP-6
Design Study (call uscita a Nov 03)]
84%
2.20
0.20
0.15
0.05
0.05
M€
M€
M€
M€
M€
IRA
CNR (INAF) (Bo)
IEIIT
CNR (To)
Oss. di Cagliari INAF
Fac. di Ingegneria (Bo)
Fac. di Ingegneria (Fi)
CNR-IRA
IEIIT-CNR
UNIV-BO
OBS-CA
UNIV-FI
7%
2.65 M€
2%
5%
2%
PIANO DELLA RIPARTIZIONE DEI FONDI ALL’INTERNO DEL CONSORZIO ITALIANO
…. questi fondi dovranno essere integrati con fondi nazionali.
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Conclusioni.
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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
l’astronomia, la radio-scienza e l’industria.
L’Italia 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 m2
del dimostratore è di circa 100 volte inferiore a quello dei partner europei, con
un’area 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.