ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA Stelio Montebugnoli Senior Engineer
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- Ladislao Palmieri
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1 . ISTITUTO DI RADIOASTRONOMIA Stelio Montebugnoli Senior Engineer XXII Convegno Nazionale del GAD (Gruppo Astronomia Digitale) Ravenna Ottobre 2014
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3 La Croce nel Nord in numeri T di peso - acciaio strutturale tipo Fe 360 (S235)-.
4 m 2 la superficie delle strutture reticolari (superficie verniciabile)
5 Km di filo di acciaio inox armonico (AISI 302, d=0.8) per la creazione degli specchi cilindrico- parabolici.
6 - Oltre saldature.
7 lt di kerosene e 5.4 km di tubi interrati sotto la N/S (Rifasamento segnali canali singoli).
8 - 16 Km di cavi elettrici per la movimentazione e controllo.
9 Km di cavo coassiale a bassissima perdita (per tratte transoceaniche) della Pirelli.
10 - 3.5 Km di cavo coassiale RG8/58.
11 - CONSUMI: 35.5 KW movimentazione ramo EW 7.5 KW movimentazione ramo N/S 6 KW consumo medio dell elettronica.
12 La CdN è formata da due rami di 564 mt x 640 mt su cui sono installate 88 linee focali con 64 dipoli (antenne singole) ciascuna. Con i suoi 5632 sensori la croce del Nord ha rappresentato un banco di sviluppo tecnologico e validazione di concetti, unico nel suo genere nel campo delle UHF, per lo Square Kilometre Array e il monitoraggio dei Detriti Spaziali.
13 BANCO DI PROVA E SVILUPPO DI NUOVE TECNOLOGIE E PROGRAMMI 1 : SQUARE KILOMETRE ARRAY (SKA) IL RADIOTELESCOPIO INTERNAZIONALE DI NUOVA CONCEZIONE con un Km 2 di area di raccolta (in costruzione in Sud Africa e Australia)
14 Nello SKA, diverse antenne a diverse frequenze, tra Sud Africa e Australia, copriranno estensioni di migliaia di chilometri.
15 Nella prima fase di studio di SKA si è avuto bisogno della Croce ( che per sua natura è un array come SKA) per sviluppare le necessarie tecnologie a basso costo e performanti in assoluto SKA è una grande sfida! I dati raccolti in un singolo giorno dallo SKA richiederebbero 2 milioni di anni per essere letti da un ipod Le antenne di SKA produrranno 10 volte l attuale traffico globale di Internet. Lo SKA sarà così sensibile da potere ricevere un radar di un aeroporto su un pianeta a decine di anni luce. Il centro di calcolo di SKA avrà una potenza di calcolo pari a circa 100 milioni di PC.
16 La UE (FP6 SKADS) ha finanziato un Consorzio Europeo (2005 al 2009) per lo sviluppo di diversi banchi di prova per sperimentare tecnologie e validare i concetti su cui si baserà il futuro Square Kilometre Array (SKA). L Italia (INAF- IRA) ha partecipato con la reingegnerizzazione di un settore del ramo N/S della Croce, ottenendo un banco di prova denominato BEST-2. N. Tecnologia e concetti di base di SKA verificati sulla Croce (BEST-2) 1 Beamforming (creazione di un unico fascio d antenna sommando opportunamente tutti i ricevitori che costituiscono l array), Multi-beamforming (Multipixel) 2 Beamforming adattivo per reiettare le radiointerferenze di origine terrestre. 3 Trasmissione di dati a banda larga in fibra ottica (analogici & digitali). 4 Grandi potenze di calcolo a basso consumo energetico. Applicazioni pratiche Telefonia mobile, Radar, Comunicazioni terra-spazio, Radar per Detriti Spaziali, SAR (radar ad apertura sintetica) Comunicazioni, Ripetitori Telefonia Mobile, Navigazione con GPS, GLONAS, controllo traffico aereo Medicina, Telefonia fissa, TV via cavo, Controlli industriali in ambienti severi... Aeronautica, Astronautica, Missilistica, Diagnostica Medica, Ricerca, Gestione di grandi impianti.
17 Il banco di prova SKA-BEST-2 nel contesto Croce del Nord.
18 Più in particolare il BEST-2 si è ottenuto raggruppando 8 antenne N/S con un totale di 32 ricevitori. 4 Rx Ogni cilindro Il banco di prova BEST-2 è stato molto performante perché equivalente ad una parabola di circa 43 m di diametro.
19 Per questo banco di prova si è sviluppata elettronica a basso costo, affidabile e molto efficiente sia in campo analogico. Front end & Opt. TX IF stages
20 ..che in quello digitale con unità di calcolo da 1 miliardo di operazioni /sec. per ogni watt di alimentazione!
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22 BANCO DI PROVA E SVILUPPO DI NUOVE TECNOLOGIE E PROGRAMMI 2 : OSSERVAZIONI E MONITORAGGIO DI DETRITI SPAZIALI
23 Le attività spaziali hanno inquinato lo spazio circostante la terra.
24 Dal lancio dello Sputnik nel 1957 ad oggi, sono stati effettuati circa 7000 lanci nello spazio, che hanno prodotto, per impatti tra satelliti, satelliti esplosi o altro, una grande quantità di detriti: - Oltre oggetti con dimensioni maggiori di 10 cm - Più di detriti tra 1 e 10 cm - Circa milioni di detriti di meno di 1 cm. Anche se molti di questi oggetti sono di dimensioni ridotte, bisogna tenere presente che l'eventuale collisione avrebbe luogo a una velocità elevatissima (circa 8 km/s).
25 Esempio di creazione di detriti spaziali: Scontro Kosmos 2251 Iridium 33 (Feb sui cieli della Siberia)
26 Grossi detriti a bassa quota possono cadere sulla terra con grande pericolo per la navigazione aerea e per le persone qui riportiamo alcuni esempi:
27 La crescita dei detriti è preoccupante
28 Come si controllano i detriti da terra? Con radar mono e bistatici Configurazione bistatica Classica: schema di principio Antenna trasmittente Antenna ricevente In un radar bistatico un antenna trasmette in continuazione e l altra riceve l eco di rimbalzo.
29 Prime prove (2010) con un piccolo segmento della Croce (1/256) nell osservazione di un satellite americano alla fine della sua vita operativa nella fase di rientro in atmosfera. RX TX - Diametro: 4 mt - Frequenza: 409 MHz - Località: Udine
30 Il radar bistatico formato dal BEST-2 come Rx, ha permesso di validare anche il concetto di Radar Multipixel. In singolo pixel la sensibilità è risultata (come min. Cross section rivelabile) meno di 0.5 mq a circa 800 Km di quota. Array di Yagi Antenna trasmittente (Sud della Sardegna). Antenna ricevente BEST-2, 1/8 del ramo N/S.
31 PRINCIPIO DI BASE DEL MULTIBEAMING E CONTROLLO TRAIETTORIA Courtesy of Marco Schiaffino
32 BEST beams FoV= 37 gradi 2
33 Risulta chiaro che se a suo tempo avessimo reingegnerizzato tutta la Croce, lo scenario osservativo sarebbe stato molto importante e unico nel suo genere: - Rivelazione di piccolissimi detriti (area di raccolta mq) - Campo di vista di circa 100 gradi 2 - Oltre pixel da 4 x4
34 La Croce del Nord ha rappresentato un banco di prova eccezionale per la verifica dei concetti e tecnologie per lo sviluppo di nuovi programmi internazionali come lo SKA e il programma delle Agenzie Spaziali di controllo, su grandi campi di vista, dei detriti fondamentale per l operatività dei satelliti e la sicurezza delle attività dell uomo nello spazio.
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