A. La prima stazione completa di LFAA, composta da 256 antenne
Lo Square Kilometre Array (SKA) è un progetto internazionale volto a costruire il più grande radiotelescopio del mondo. Con centinaia di migliaia di antenne installate in Australia e Sudafrica, SKA fornirà sensibilità e velocità di osservazione nella banda radio senza precedenti. L’Italia è uno dei 13 paesi che hanno aderito alla SKA Organisation. Il personale IRA è coinvolto nella realizzazione dello strumento e in tutti i casi scientifici di SKA: dalla cosmologia al magnetismo e ai test della relatività generale, dall’evoluzione delle galassie allo studio dettagliato della nostra Galassia.
Per sapere di più su SKA visita il sito ufficiale internazionale o il sito di SKA Italia.
Staff: R. Baldi, G. Bernardi, G. Brunetti, R. Cassano, A.Cattani, F.Fiocchi, D. Guidetti, A. Mattana, J. Monari, G. Naldi, F. Perini, M. Poloni, I. Prandoni, G. Pupillo, S. Rusticelli, M. Schiaffino, A. Tabellini, T. Venturi
Il progetto LFAA
B. La prima stazione completa di LFAA, composta da 256 antenne
Il Low Frequency Aperture Array (LFAA) è la componente a bassa frequenza di SKA. Installato al Murchison Radio astronomy Observatory, nell’Australia Occidentale, per realizzare osservazioni tra 50 e 350 MHz, nella sua configurazione completa sarà composto da quasi 130.000 antenne, che produrranno una mole di dati pari a cinque volte il traffico Internet mondiale. LFAA permetterà di studiare uno dei periodi più interessanti dell’Universo, osservandone i primi miliardi di anni di vita e fornendo preziose informazioni sulla formazione di stelle e galassie, sulla materia oscura e sull’energia oscura. Il team italiano coinvolto nel progetto LFAA è a guida IRA e include scienziati ed ingegneri appartenenti a vari enti/istituti di ricerca nazionali, quali l’Osservatorio Astrofisico di Arcetri, l’Osservatorio Astrofisico di Catania, l’Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica di Milano, le Università di Bologna e di Firenze, l’Istituto di Elettronica e di Ingegneria dell’Informazione e delle Telecomunicazioni (IEIIT) del Consiglio Nazionale delle Ricerche e il Politecnico di Torino. In tale progetto, l’Italia guida lo sviluppo dei ricevitori analogici con tecnologia ottica e svolge un ruolo essenziale sia nello sviluppo di sistemi di acquisizione per la conversione analogico-digitale dei segnali radio che nella realizzazione e installazione degli array di prototipi di antenne SKA a bassa frequenza AAVS1/2 (Aperture Array Verification System 1/2), composti da antenne che vanno dalla generazione “SKALA2”, progettate e prodotte dall’Università di Cambridge, fino all’attuale prototipo ideato e realizzato in Italia, la “SKALA4.1AL”. L’INAF ha fornito i sistemi di ricezione anche per EDA2 (Electronic Demonstrator Array 2), un array composto da dipoli di tipologia uguale a quelli impiegati nel precursore SKA chiamato Murchison Widefield Array.
Antenne e Ricevitori
C. Dettaglio dell’antenna SKALA4.1
SKALA 4.1AL è il nome dell’attuale prototipo delle antenne installate al LFAA; è stato sviluppato da INAF in collaborazione con IEIIT e l’azienda italiana Sirio Antenne, a partire dal design elettromagnetico SKALA4 del Consorzio internazionale Aperture Array Design & Construction.
SKALA 4.1AL è un’antenna, somigliante ad un albero di Natale, log-periodica e a doppia polarizzazione che assicura un’ampia banda di ricezione. Il team italiano ha anche lavorato allo sviluppo di un amplificatore a basso rumore (LNA), con la collaborazione dell’azienda koreana Asb, installato nella parte superiore dell’antenna per ottenere l’amplificazione dei deboli segnali astronomici. I prototipi SKALA 4.1AL sono ora in fase di collaudo all’Aperture Array Verification System 2.0 (AAVS2), la stazione di 256 antenne (completata nel 2019 da ingegneri e tecnici dell’IRA) presso il Murchison Radio astronomy Observatory, con il supporto dei colleghi australiani. Dal 2004, l’IRA si occupa anche della progettazione di ricevitori per sistemi a bassa frequenza (<2 GHz) e ha introdotto la cosiddetta tecnologia RFoF (RadioFrequency over Fibre), che permette agli array di antenne di trasportare tutti i segnali in una struttura centrale e che è diventata un elemento chiave di AAVS2.
Il TPM: “Tile Processing Module”
D. Scheda Tile Processing Module
Il team IRA-INAF ha anche guidato una collaborazione internazionale finalizzata alla realizzazione di un sistema digitale/analogico per l’acquisizione e l’elaborazione dei segnali radio ricevuti (Tile Processing Module,TPM), nato dalla collaborazione con le aziende italiane Sanitas Eg, Optel, Protech e Leonardo, lavorando anche allo sviluppo di un sistema basato sull’utilizzo di un drone (Unmanned Air Vehicle, UAV) per il collaudo delle antenne. L’UAV è dotato di un’antenna di trasmissione a dipolo e di un sistema di posizionamento satellitare, che consentono di verificare con grande accuratezza, da centinaia di metri di distanza, il comportamento delle antenne prototipo realizzate per LFAA. Il team italiano si è recato diverse volte al Murchison Radio astronomy Observatory per condurre campagne di misura su tali antenne, in collaborazione con l’Università di Oxford/Malta e l’International Centre for Radio Astronomy Research in Australia.
Crediti
Figure A, B: ICRAR/Curtin
Figure C, D: INAF-IRA