«Радиотишина» — ключ к тайнам Вселенной. Немного о самом большом в мире радиотелескопе

Радиоастрономия — это наука, которая изучает космические объекты и явления с помощью радиоволн. Радиоволны — это электромагнитное излучение, которое может проникать сквозь облака, пыль и газ, которые мешают видеть звезды и галактики в видимом свете. Радиоволны также имеют большую длину волны, чем видимый свет, поэтому они могут обнаруживать объекты, которые слишком холодные или слишком далекие для обычных телескопов.

Для того, чтобы лучше понимать Вселенную, астрономам нужны мощные радиотелескопы, которые могут собирать больше радиоволн и создавать более четкие изображения. Один из таких проектов — это Square Kilometre Array (SKA), который будет самым большим и самым чувствительным радиотелескопом в мире. SKA будет состоять из двух частей: SKA-Low и SKA-Mid. SKA-Low будет работать на низких частотах (50-350 МГц) и будет расположен в Западной Австралии, а SKA-Mid будет работать на средних частотах (350 МГц — 14 ГГц) и будет расположен в Южной Африке.

SKA-Low будет иметь 131 072 антенны, которые будут разбросаны по площади в 65 километров. Антенны будут подключены к специальным устройствам, которые называются SMART коробки (Small Modular Aggregation RFoF Trunk) (Нет, именно коробки, а не box, потому что SMART это аббревиатура, а не «умный»). Эти коробки будут выполнять две важные функции: обеспечивать электрическое питание антенн и собирать сигналы, полученные от неба, для дальнейшей обработки.

Однако создание этих коробок не было простой задачей. Инженеры и ученые из Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) столкнулись с двумя основными проблемами: как защитить коробки от жаркого и пыльного климата Западной Австралии и как сделать их «радиотихими», то есть не создающими помех для антенн.

Первая проблема была решена с помощью специального кожуха, который защищает коробки от высоких температур, влажности и ультрафиолетового излучения. Кожух также имеет систему охлаждения, которая поддерживает оптимальную температуру внутри коробок.

Вторая проблема была решена с помощью подбора «радиотихих» компонентов, которые излучают минимальное количество радиоволн. Кроме того, коробки были обернуты в специальный материал, который предотвращает утечку радиоволн наружу. Коробки были протестированы в специализированной лаборатории в Южной Африке, где они показали отличные результаты.

«Результаты радиотишины, которые достигли коробки, разработанные ICRAR, были самыми высокими в радиоастрономии. Мобильный телефон на поверхности Луны создал бы больше помех для антенн, чем коробки, которые находятся среди них», — сказал Том Булер, руководитель программы по инженерии и эксплуатации в ICRAR.

Контракт на постройку до 12 000 коробок для всего телескопа SKA-Low был недавно заключен с компанией AVI из Перта после конкурсного отбора. Это самый большой контракт в Австралии для строительства SKA, за исключением инфраструктуры и программного обеспечения.

SKA-Low позволит астрономам изучать самые ранние эпохи Вселенной, когда образовались первые звезды и галактики. Также телескоп сможет исследовать планеты вокруг других звезд, магнитные поля, пульсары и другие удивительные объекты. SKA-Low станет одним из самых мощных инструментов для познания космоса.

Что такое SKA и из чего он состоит?

SKA — это сокращение от Square Kilometre Array. Это международный проект по созданию самого большого и самого чувствительного радиотелескопа в мире. Он состоит из двух частей: SKA-Low и SKA-Mid, которые будут работать на разных частотах и будут расположены в разных странах.

Что такое SMART коробки и для чего они нужны?

SMART коробки — это специальные устройства, которые будут подключены к антеннам телескопа SKA-Low. Они нужны для того, чтобы обеспечивать электрическое питание антенн и собирать сигналы, полученные от неба, для дальнейшей обработки.

Какие проблемы возникли при разработке SMART коробок и как они были решены?

При разработке SMART коробок возникли две проблемы: как защитить их от жаркого и пыльного климата Западной Австралии и как сделать их «радиотихими», то есть не создающими помех для антенн. Первая проблема была решена с помощью специального кожуха, который защищает коробки от высоких температур, влажности и ультрафиолетового излучения. Кожух также имеет систему охлаждения, которая поддерживает оптимальную температуру внутри коробок. Вторая проблема была решена с помощью подбора «радиотихих» компонентов, которые излучают минимальное количество радиоволн. Кроме того, коробки были обернуты в специальный материал, который предотвращает утечку радиоволн наружу

Какие научные цели будет преследовать телескоп SKA-Low?

Телескоп SKA-Low будет преследовать несколько научных целей, таких как изучение самых ранних эпох Вселенной, когда образовались первые звезды и галактики; исследование планет вокруг других звезд, магнитных полей, пульсаров и других удивительных объектов; тестирование физических законов и поиск новой физики.

Почему решили использовать именно SMART коробки, и в чем тут инновация?

SMART были выбраны для телескопа SKA-Low, потому что они обладают несколькими преимуществами по сравнению с другими решениями.

Во-первых, они позволяют сократить количество кабелей, которые нужны для передачи сигналов от антенн к центральному процессору. Это уменьшает стоимость, вес и сложность системы.

Во-вторых, они используют технологию RFoF (Radio Frequency over Fiber), которая преобразует радиоволны в оптические сигналы и передает их по оптоволоконным линиям. Это улучшает качество сигнала и уменьшает потери.

В-третьих, они имеют высокий уровень «радиотихости», то есть не создают помех для антенн, которые работают на очень низких частотах.

Инновация SMART заключается в том, что они являются самыми «радиотихими» устройствами в радиоастрономии. Они были специально разработаны и протестированы для того, чтобы минимизировать излучение радиоволн, которые могут мешать наблюдениям. Они также имеют уникальный дизайн и защиту, которые позволяют им работать в экстремальных условиях климата Западной Австралии. SMART коробки — это результат многолетнего сотрудничества между инженерами и учеными из Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) и компанией AVI из Перта.

Какие технологии использовались в радиотелескопах до SMART?

До появления SMART в радиотелескопах использовались различные технологии для передачи и обработки сигналов от антенн. Например, в телескопе АТСА (Australia Telescope Compact Array) применялась технология HEMT (High Electron Mobility Transistor), которая позволяла усиливать сигналы на частотах до 100 ГГц с низким уровнем шума. В телескопе ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) использовалась технология SIS (Superconductor-Insulator-Superconductor), которая позволяла детектировать сигналы на частотах до 950 ГГц с высокой чувствительностью. В телескопе LOFAR (Low Frequency Array) применялась технология FPGA (Field Programmable Gate Array), которая позволяла обрабатывать большие объемы данных в реальном времени. Все эти технологии имели свои преимущества и недостатки, но Smart box представляют собой новый уровень развития, так как они сочетают в себе высокую эффективность, надежность, экономичность и «радиотишина».

Источник: https://scitechdaily.com/energizing-the-worlds-largest-radio-telescope-with-smart-box-radio-quiet-electronics/