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Allen Telescope Array, visione d’insieme tecnica

Pagina originale del SETI Institute: Allen Telescope Technical Overview
Traduzione in italiano di Bruno Moretti IK2WQA 

I. Introduzione
Allen Telescope Array (ATA) è un progetto congiunto del SETI Institute e del Radio Astronomy Lab (RAL) dell’Università della California a Berkeley.

ATA è in costruzione presso il Radio Osservatorio di Hat Creek nella California settentrionale e quando sarà completato consisterà di circa 350 antenne Gregoriane da 6,1 metri di diametro. Dato il numero di antenne ed un campo di vista molto largo (2,45° alla lunghezza d’onda di 21 cm), questo strumento ha una flessibilità d’osservazione senza precedenti. Molti utenti individuali possono usarlo simultaneamente per osservare diverse zone del cielo su una frequenza, o un campo celeste singolo su una o più frequenze.

II. Architettura d’insieme
ATA ha quattro sistemi principali, vedi figura 1 a sinistra (a): 
(1) Antenna: le antenne raccolgono la radiazione dallo spazio; 
(2) Signal path: il percorso del segnale porta la radiazione dall'alimentazione (localizzata nel fuoco dell’antenna) all'utente;
(3) Monitor & command: i sistemi di comando e monitoraggio permettono un puntamento accurato dei dischi, e controllano il percorso del segnale. Esaminano anche la salute e lo status dell'array e di tutti i suoi componenti; 
(4) Site: il sito include la configurazione d’antenna complessiva e altre infrastrutture. ATA permetterà agli utenti remoti di accedere ed usare lo strumento tramite un collegamento Internet sicuro. La figura 1 mostra la struttura concettuale di ATA e ne presenta l'architettura complessiva e la terminologia. 


Fig. 1: struttura d’insieme di ATA. (a) sistemi maggiori, (b) strutture fisiche

Fisicamente, ATA consiste di molti elementi (Element), circa 350, che comprendono le antenne e tutti i sistemi meccanici ed elettrici associati per perfezionare il percorso del segnale ed esaminare l'array. Questo numero di antenne produce circa un ettaro (10.000 mq) di area di raccolta della radiazione. Ogni elemento ha un paio di frequenze radio (RF) modulate su cavi a fibre ottiche, analogiche  per il percorso del segnale e digitali per il monitoraggio e il comando. Il monitor e la linea di comando sono indirizzate direttamente alla stanza di controllo (Control room), mentre la linea analogica è diretta alle stanze del convertitore (Converter) e del processore (Processor) prima di arrivare infine all'utente nella stanza di controllo (Control room), o altrove via collegamento Internet sicuro. In più ci sarà un luogo dove assemblare le antenne (Antenna assembly building) così come il Myhrvold Development Laboratory, un centro per i visitatori (Visitor’s center), ed un dormitorio. Nota che gli elementi sono unità altamente integrate dominate dalla struttura fisica dell'antenna. Tutti i maggiori componenti sono presenti in ogni elemento. L'aspetto di ATA sarà dominato dal grande numero di tali elementi.

III. Antenne
Le antenne di ATA sono delle antenne Gregoriane con lo specchio primario da 6,1 metri di diametro e il secondario da 2.4 metri. Sono idroformate in alluminio in un processo di proprietà riservata sotto contratto con Andersen Manufacturing, Idaho Falls, ID. Una fascia di metallo connette la metà più bassa del sub-riflettore al fondo del primario per deflettere il disturbo del terreno. L'inclusione della fascia è importante per realizzare temperature di sistema più basse.
 
IV. Percorso del segnale
La figura 2 mostra il percorso del segnale dal cielo all’utente. Ricorda che anche se sono mostrati solo due percorsi di dati in un'antenna, in totale ci sono approssimativamente 700 percorsi (2 x 350 antenne). I collegamenti analogici portano ambo le polarizzazioni della larghezza di banda da 0,5 a 11,2 GHz al convertitore di RF, dove sono convertite su quattro indipendenti canali da 1 GHz a duplice-polarizzazione larga in banda L. Il tutto è poi digitalizzato e passato attraverso al processore.


Figura 2: schema a blocchi del percorso del segnale di ATA


Figura 3: schema a blocchi del front-end di ATA
Figura 4: possibili frequenze del convertitore RF
 
Ognuna delle quattro accordature indipendenti sarà diviso ulteriormente in quattro raggi sintetizzati che possono essere diretti  indipendentemente a parti diverse del cielo. Il risultato è spedito a un correlatore (il quale prende tutti i segnali e fa un'immagine) o a uno dei molti Phased-Array Back-Ends (PABE’s).

Alcuni dei PABE’s progettati sono: (1) intercettori SETI, (2) processori pulsar, (3) spettrometri astronomici, e (4) monitor di RFI (Radio Frequency Interference, interferenza da radiofrequenza). Nota che questi PABE’s non sono necessariamente distinti, lo spettrometro può essere un processore di pulsar riprogrammato, per esempio un processore programmabile come un Beowulf cluster che può fare molte cose. In più il back-end sarà incorporato in un sistema di forte mitigazione della RFI.

V. Monitoraggio e comandi


La figura 5 mostra uno schema del sistema di monitoraggio e comando, conosciuto come MonCom. Ricorda che anche se è mostrato un solo elemento, ce ne sono altri 349.
     
ATA viene costruito sul terreno del Radio Osservatorio di Hat Creek nel nord della California, ( http://bima.astro.umd.edu/ ) in precedenza sede del BIMA millimeter array il quale è stato trasferito più a sud. La configurazione e la disposizione di antenne ed edifici soddisfano le leggi locali e del US Forest Service, così come si accordano con i nostri gusti estetici e con quelli dei visitatori.

VI. Conclusioni
L’Allen Telescope Array è la prima implementazione di un radiotelescopio large-N.
È un candidato promettente per almeno una porzione di SKA, Square Kilometre Array (radiotelescopio da un chilometro quadrato). La decisione tecnologica per SKA è per il 2005, quando ATA inizierà le operazioni con 32 antenne.

ATA ha una architettura modulare. Comincerà le operazioni con un piccolo sottoinsieme del totale del progetto e può essere espanso poi oltre la concezione originale. Lavorando con la Legge di Moore si avrà un incremento della funzionalità e delle performance dell’hardware digitale.

Carta delle mete di ATA
 
 
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