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Italia e Sudafrica: primi test per il sistema nervoso dei dish di SKA

A volte basta un piccolo successo per fare un grande passo in avanti, soprattutto se si sta progettando lo Square Kilometre Array, il più grande network di radiotelescopi del mondo. «Possiamo affermare che è nato il sistema nervoso dei dish di Ska». Così Corrado Trigilio (task leader nel Consorzio Dish, responsabile del Dish Local Monitor and Control, nonché ricercatore presso l’Istituto Nazionale di Astrofisica di Catania) ha riassunto l’importante risultato ottenuto di recente dal piccolo gruppo di scienziati e ingegneri del consorzio che si occupa della progettazione delle antenne a parabola (SkaDc) che verranno posizionate in Sudafrica fra qualche anno.

Il ricercatore catanese ha spiegato: «Si tratta del primo test di integrazione tra due sottosistemi dei singoli telescopi da 15 metri, il sistema di controllo (Local Monitor and Control, Lmc) e quello dei ricevitori che saranno posizionati nel fuoco del telescopio (Single Pixel Feed, Spf)». In parole semplici, i tecnici sono riusciti a far comunicare due componenti fondamentali dell’antenna a parabola (una delle diverse tipologie di antenne che comporranno il design finale di Ska). Parliamo di centinaia di parabole che lavoreranno sulle medie frequenze. Nella prima fase del progetto (Ska1), la ricerca a medie frequenze verrà effettuata con 197 antenne, di cui 133 dish Ska di 15 metri di diametro che si aggiungeranno all’array di MeerKat, costituito da 64 “piatti” di 13,5 metri: insieme offriranno una copertura continua da 350 MHz a 14 GHz.

Il team che ha lavorato a questi test d’integrazione è composto da ingegneri e scienziati italiani e sudafricani. Per l’Inaf, oltre a Trigilio (leader del gruppo Lmc), ci sono Francesco Schillirò (architetto del software), Adriano Ingallinera, Alessandro Marassi, Simone Riggi (i tre sviluppatori del software). Per l’EM Software and Systems (Emss) in Sudafrica, invece, Jean Kotze (leader del gruppo Spf) e Theuns Steyn (sviluppatore del software). Lmc è un sistema software sviluppato dal nostro Paese e la leadership italiana è all’Inaf di Catania, con la partecipazione dell’Inaf di Trieste e dell’Istituto di Radioastronomia di Bologna.

Trigilio ha aggiunto: «I due team, dopo un lungo processo di definizione delle interfacce e dell’architettura del software, hanno sviluppato i primi programmi di comunicazione e finalmente è avvenuta la prima vera operazione d’integrazione. Adesso siamo sicuri che il complesso sistema dei feed, che acquisirà e amplificherà le debolissime onde elettromagnetiche provenienti dalle più remote regioni dell’Universo, può essere completamente gestito centralmente». E ancora: «Il prossimo passo sarà quello di ripetere quest’esperienza per l’integrazione degli altri sotto-elementi: la struttura stessa dei dish (Dish Structure, Ds), agili telescopi con specchi primari di 15 metri, e il sistema di trattamento, digitalizzazione del segnale (Single Pixel Feed Receivers, Spfrx), che invierà via fibra ottica il segnale ricevuto dai singoli dish al correlatore centrale».

«La complessità delle antenne dish necessita una suddivisione del lavoro in vari sotto-pacchetti, affidati ognuno a un team molto specializzato che cura un particolare aspetto», ha sottolineato Trigilio. «Alla fine, il sistema dovrà funzionare come un unico corpo, ma non è ovvio che parti sviluppate da gruppi diversi che lavorano in zone diverse e lontane del mondo, alla fine, si possano integrare facilmente».

Wang Feng (CETC54) durante un’ispezione del primo dei 66 moduli necessari per SKA-P Dish

Ed è proprio questa la grande sfida del consorzio, responsabile di tutte le attività di design e progettazione dei “piatti” Ska. Tra le altre mansioni dei tecnici ci sono anche la verifica della struttura dell’antenna, dell’ottica, dei ricevitori e di tutti i sistemi e le infrastrutture di supporto. Il design di queste antenne è il frutto del lavoro di ingegneri cinesi e tedeschi ed è portato avanti dalla collaborazione tra le cinesi Cetc54 e Joint Laboratory for Radio Astronomy Technology (Jlrat) in collaborazione con le compagnie europee Mtm e Società Aerospaziale Mediterranea (Sam). I due prototipi sono in produzione in Cina e dovrebbero essere installati all’inizio del prossimo anno. Al consorzio Ska Dish partecipano istituti ed industrie di diversi paesi: Italia, Cina, Sudafrica, Canada, Svezia, Inghilterra, Germania, Spagna e Francia.

L’INAF IN SKA – L’Italia, tramite l’Istituto Nazionale di Astrofisica, è una delle prime nazioni che ha preso parte al progetto per la costruzione di Ska. L’Inaf e altre realtà italiane (l’università di Milano-Bicocca, l’European Industrial Engineering (Eie) e la già citata Società Aerospaziale Mediterranea) fanno parte del Consorzio Dish (SkaDc); del Consorzio Central Signal Processor (Csp), guidato dal Canada (Nrc). L’Inaf è anche coinvolto nelle attività di Correlator and Central Beam Former, Non-Imaging processor e Local Monitor and Control. L’Istituto Nazionale di Astrofisica è inoltre membro del Consorzio Telescope Manager (Ska-Tmc), guidato dall’India (National Centre for Radio Astrophysics Ncra-Tifr) e del Consorzio Aperture Array Design (Ska-Aadc), guidato dall’Olanda (Astron).

COS’È SKA? – Lo Square Kilometre Array è un progetto internazionale che prevede la costruzione del più grande network di radiotelescopi al mondo. Il progetto è portato avanti dalla Ska Organisation, con sede presso ilJodrell Bank Observatory vicino a Manchester. I risultati scientifici che produrrà lo Square Kilometre Array miglioreranno la nostra comprensione dell’Universo e delle leggi fondamentali della fisica, monitorando il cielo con una precisione senza precedenti e mappandolo centinaia di volte più velocemente di qualsiasi telescopio attualmente al lavoro.

Ska non sarà composto da un singolo telescopio, bensì da un array di radiotelescopi che coprirà enormi distanze. La costruzione di Ska prevede due fasi: Ska1 in Sudafrica e in Australia e Ska2 in altri paesi africani, con l’ampliamento delle antenne australiane.

Sostenuto già dai 10 paesi membri – l’Australia, il Canada, la Cina, l’India, l’Italia, la Nuova Zelanda, il Sudafrica, la Svezia, i Paesi Bassi e il Regno Unito – la Ska Organisation riunisce alcuni tra i migliori scienziati e ingegneri del mondo, oltre a più 100 aziende e istituti di ricerca in 20 paesi. La costruzione di Ska avrà inizio nel 2019 e le prime osservazioni scientifiche sono previste dopo il 2020.

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