SKA: tekniken

Att närma sig en teknisk utmaning i SKA-teleskopets storleksklass är inget enkelt uppdrag.

När det är färdigbyggt kommer Square Kilometre Array att ge en insamlingsyta på en miljon kvadratmeter. SKA kommer att bestå av miljontals radioteleskop, parabolantenner, dipolantenner och matarhorn. Alla kommer vara sammankopplade med ett kommunikationsnätverk som saknar motstycke inom astronomisk forskning och data kommer att produceras i en takt som vida överstiger de mängder av data som överförs genom dagens Internet.

Denna stora ökning i skala kräver inte bara att man bryter mot traditionella sätt att konstruera radioteleskop. Det behövs även radikala förbättringar inom databehandling, beräkningshastighet och omgivande teknisk infrastruktur.

SKA computers

SKA:s datorer, dess teknik och dess infrastruktur kommer att tävla med jordens snabbaste och mest komplexa datorsystem

Med tre typer av teleskop, parabolantenner samt antennmattor för låga och mellanfrekvenser, täcker SKA hela frekvensspektrumet från 50 MHz (våglängd 6 meter) ända upp till 20 GHz (1,5 centimeter).

Att kombinera signalerna från antennerna över ett så stort spann i frekvens kommer att generera väldigt mycket data. Så mycket att lokala stationer kommer att behövas bara för att lägga samman och kombinera datamängderna i mer hanterbara paket inför spridning, först till superdatorer och sedan vidare till forskare i hela världen.

Med instrument i både Australien och Afrika kommer SKA att kunna uppnå både hög känslighet och hög bildskärpa. Detta därför att antennerna ligger både tätpackade i uppställningarnas centrala delar och utplacerade i kluster längs fem spiralarmar. Ju längre bort från centrum desto glesare blir klustren.

Byggs upp i faser: SKA kommer att byggas i etapper eller faser. Fas ett (SKA1) utgör ungefär 10 procent av hela uppställningen. I denna fas ingår både parabolantenner och antennmattor för låga frekvenser.

Fas två (SKA2) utökar uppställningen med antennmattor för mellanfrekvenser och fler paraboler. Bygget i etapper betyder att SKA kan tas i drift redan innan det är färdigbyggt och värdefulla vetenskapliga resultat kan uppnås tidigt.

Fas 1 genomförs mellan 2018 och 2023. Arbetet med fas 2 börjar samtidigt som fas 1 för att kunna slutföras snart efter att fas 1 är klar.

SKA kommer att vara drivande inom teknikutveckling framförallt inom informations- och kommunikationsteknik.

Spinoff-innovationer inom detta område kommer att vara till nytta för andra system som behandlar stora datavolymer från geografiskt spridda källor. SKA:s krav på beräkningskapacitet överstiger de snabbaste superdatorer som finns tillgängliga under 2015. Dessutom kommer datamängderna och databehandlingskraven att kunna mäta sig med de mängderna som genereras av hela Internet. Ett nytt slags höghastighetsnätverk kommer att behöva utvecklas tack vare SKA.

SKA:s energibehov, med dess anläggningar långt ifrån stora kraftnät, erbjuder en möjlighet att accelerera teknikutvecklingen inom skalbar och hållbar energiproduktion, lagring och effektivitet.

Nyckelteknik för SKA visas nu upp av ett flertal teleskop som är föregångare och vägvisare för SKA, samt av designstudier som genomförs av forskningsgrupper runt om i världen. Dessa projekt kommer att utveckla teknik för SKA och många av de lösningar som de ger kommer att väljas ut för att integreras i teleskopet i sin slutgiltiga form.

I denna tabell ges en bild av de tekniska specifikationerna för SKA:s radioteleskop. I vår radioastronomiska och astronomiska ordlista finns förklaringar till några av de tekniska termerna.

Parameter Specifikation
Frekvensspann 50 MHz (våglängd 6 m) till 20 GHz (1.5 cm)
Känslighetsyta / systemtemperatur 5 000 m²/K (400 μJy på en minut) mellan 70 och 300 MHz
Godhetstal för kartläggningar 4×107 – 2×1010 m4K-2 grad2 beroende på sensorteknik och frekvens
Synfält 200 kvadratgrader mellan 70 och 300 MHz; 1-200 kvadratgrader mellan 0,3 och 1 GHz; max 1 kvadratgrad mellan 1 och 10 GHz
Vinkelupplösning Ännu ej fastställd
Momentan bandbredd Bandcentrum ± 50%
Spektralkanaler (frekvens) 16 384 per band per baslinje
Kalibrerad polarisationsrenhet 10 000:1
Dynamikområde för syntesiserade bilder >1 000 000
Bildprocessorberäkningskraft 1018 beräkningar/sekund
Outputhastighet för slutdata 10 GB/sekund

Relaterade sidor