A. Cilindri parabolici del ramo N-S della Croce del Nord
L’IRA è da anni molto attivo nello sviluppo e nell’implementazione di tecnologie per array a bassa frequenza. Partendo dall’esperienza maturata grazie all’interferometro Croce del Nord, di recente reingegnerizzato per partecipare al progetto EUSST, IRA ha ottenuto un ruolo di primo piano nello sviluppo di SKA-LOW e LOFAR2.0.
Staff: G. Bianchi, C. Bortolotti, F. Caputo, A. Cattani, F. Fiocchi, A. Maccaferri, A. Mattana, R. Minghetti, J. Monari, M. Morsiani, G. Naldi, F. Perini, M. Poloni, G. Pupillo, M. Roma, M. Schiaffino, A. Tabellini
La Croce del Nord come banco di prova
B. Ricevitore RF/IF
IRA ha una lunga e consolidata tradizione relativamente agli array a bassa frequenza, maturata inizialmente grazie all’interferometro Croce del Nord di Medicina. Dall’inizio dell’avventura italiana nel progetto SKA, con la partecipazione al programma SKADS EC- FP6, l’IRA ha contribuito alla progettazione di ricevitori RF a bassa frequenza (<2 GHz), sia per il prototipo italiano BEST sia per EMBRACE (Electronic Multi‐Beam Radio Astronomy ConcEpt). Quest’ultimo è un dimostratore tecnologico per uno dei concept europei di SKA, costituito da un array da 300 metri quadrati a Westerbork (Olanda) e uno da 100 metri quadrati situato a Nancay (Francia). Per EMBRACE è stato sviluppato interamente da IRA un ricevitore a doppia conversione di frequenza, sintonizzabile dalla banda RF 400 1600 MHz alla banda IF 100-200 MHz. Fin dal primo prototipo italiano del 2004, chiamato BEST-1, IRA ha introdotto la tecnologia RFoF (RF over Fibre), che consente di trasportare i segnali raccolti dalle schiere di antenne verso un unico punto centrale, distante anche diverse decine di chilometri, per la successiva conversione e/o elaborazione. Dopo circa 20 anni di lavoro in questo campo, questa tecnologia è stata selezionata per il suo utilizzo in SKA1-LOW e costituisce uno degli elementi chiave nei sistemi di verifica AAVS1 ed AAVS2, recentemente installati nell’Australia occidentale, dal consorzio internazionale AADC (Aperture Array Design Consortium).
La Croce del Nord come nuovo strumento
C. I fasci generati all’interno del campo di vista della Croce del Nord
L’aggiornamento della Croce del Nord non è stato solo finalizzato alla progettazione e sperimentazione di tecnologie per nuovi radiotelescopi (come SKA). La rinnovata Croce è oggi uno strumento nuovamente in funzione: è stata selezionata per contribuire, nell’ambito del progetto EUSST, al monitoraggio dei detriti spaziali e si occupa anche di osservazioni di FRB e pulsar. Oltre alle modifiche apportate alle antenne e all’introduzioni di nuovi ricevitori analogici, sono state sviluppate complesse tecniche di elaborazione dati. Per aumentare il campo di vista dell’array di cilindri parabolici che compongono il braccio N-S della Croce del Nord, ogni linea focale da 64 dipoli a mezz’onda è stata suddivisa in 4 porzioni indipendenti da 16 dipoli ciascuna. Questa operazione ha consentito, con delle minime modifiche meccaniche, di quadruplicare il campo di vista dello strumento portandolo a circa 30 gradi quadrati. L’attuale configurazione è composta da 32 cilindri parabolici disposti in N-S, ognuno dei quali equipaggiato con 4 ricevitori, ossia una schiera di 32×4. Si prevede di applicare le stesse modifiche anche ai restanti 32 cilindri del ramo N-S, arrivando ad avere un array 64×4. Grazie alle caratteristiche dell’array sopra descritto, è possibile generare elettronicamente diversi puntamenti (fasci radio) all’interno del campo di vista dello strumento. Si ottiene una sorta di radio-camera composta da una matrice di “pixel”. Nelle osservazioni radar dei detriti spaziali, la Croce è la componente ricevente: rileva l’eco radar dei corpi in orbita bassa che, investiti dalle onde radio emesse da un’antenna trasmittente, attraversano il campo di vista. Questo consente di descrivere la traiettoria dei detriti con grande precisione. Il sistema di acquisizione e calcolo è costituito da nuovi back-end basati sulle schede TPM (Tile Processing Module) sviluppati per SKA-LOW e workstation con elevata capacità di memoria. Il multi-beam è stato realizzato in collaborazione con l’Università di Malta, mentre il software di determinazione orbitale per EUSST è frutto di una collaborazione con il Politecnico di Milano.
Crediti:
Figura A: INAF
Figure B, C: INAF-IRA