30°43′16″ ю.ш. 21°24′40″ в.д. / 30,72111° ю.ш. 21,41111° в.д. / -30,72111; 21,41111
![]() Впечатление художника | |
Альтернативные названия | СКА |
---|---|
Назван в честь | квадратный километр , антенная решетка |
Местоположение(я) | Национальный парк «Мееркат» , Южная Африка и Радиоастрономическая обсерватория Мерчисона , Австралия |
Координаты | 30°43′16″ ю.ш. 21°24′40″ в.д. / 30,72111° ю.ш. 21,41111° в.д. / -30,72111; 21,41111 и 26°41′49,3″ ю.ш. 116°37′52,6″ в.д. / 26,697028° ю.ш. 116,631278° в.д. / -26,697028; 116,631278 |
Построено | 2018–2024 ( 2018–2024 ) |
Первый свет | 2027 (прогноз) |
Телескопический стиль | фазированная решетка |
Зона сбора | 1 км 2 (11 000 000 кв. футов) |
Веб-сайт | www.skao.int |
![]() | |
Square Kilometre Array ( SKA ) — межправительственный международный проект радиотелескопа , строящийся в Австралии (низкие частоты) и Южной Африке (средние частоты). Объединенная инфраструктура, обсерватория Square Kilometre Array (SKAO), и штаб-квартира расположены в обсерватории Джодрелл-Бэнк в Соединенном Королевстве. Ядра SKA строятся в южном полушарии , где лучше всего видно галактику Млечный Путь , а радиопомехи минимальны.
Задуманный в 1990-х годах и далее разработанный и спроектированный к концу 2010-х годов, после завершения где-то в 2020-х годах он будет иметь общую собирающую площадь приблизительно в один квадратный километр . Он будет работать в широком диапазоне частот, а его размер сделает его в 50 раз более чувствительным, чем любой другой радиоинструмент. Если он будет построен, как запланировано, он должен будет иметь возможность обозревать небо более чем в десять тысяч раз быстрее, чем раньше. С приемными станциями, простирающимися на расстояние не менее 3000 км (1900 миль) от концентрированного центрального ядра, он будет использовать способность радиоастрономии предоставлять изображения с самым высоким разрешением во всей астрономии.
Консорциум SKAO был основан в Риме в марте 2019 года семью первоначальными странами-членами, к которым впоследствии присоединились еще несколько стран; по состоянию на 2021 год [обновлять]в консорциуме было 14 членов. Эта международная организация занимается строительством и эксплуатацией объекта. Проект состоит из двух фаз строительства: текущей SKA1, обычно называемой просто SKA, и возможной более поздней значительно расширенной фазы, иногда называемой SKA2. Фаза строительства проекта началась 5 декабря 2022 года как в Южной Африке, так и в Австралии.
Первоначально проект Square Kilometre Array (SKA) был задуман в 1991 году международной рабочей группой, созданной в 1993 году. Это привело к подписанию первого Меморандума о соглашении в 2000 году. [1]
На ранних этапах планирования Китай боролся за право принять SKA, предлагая построить несколько больших антенн в естественных известняковых впадинах ( карстовых ), которые испещряют его юго-западные провинции; Китай назвал свое предложение «Телескопом радиосинтеза площадью в квадратный километр» (KARST). [2] [3]
Первая в Австралии зона радиомолчания была создана Австралийским управлением по коммуникациям и СМИ 11 апреля 2005 года специально для защиты и поддержания текущего «радиомолчания» основного австралийского объекта SKA в Радиоастрономической обсерватории Мерчисона . [4]
Проект состоит из двух этапов строительства: текущий SKA1, обычно называемый просто SKA, и возможный более поздний значительно расширенный этап, иногда называемый SKA2. [5] Подготовка SKA началась в 2008 году, что привело к полному проектированию SKA в 2012 году. Строительство Фазы 1 было запланировано на период с 2018 по 2020 год, [ требуется обновление ] обеспечивая эксплуатационный массив, с завершением Фазы 2 в 2025 году. [ требуется цитата ]
В апреле 2011 года обсерватория Джодрелл-Бэнк Манчестерского университета в Чешире , Англия, была объявлена местом расположения штаб-квартиры проекта. [6] В ноябре 2011 года была сформирована организация SKA как межправительственная организация [7] , и проект перешел от сотрудничества к независимой, некоммерческой компании. [8]
В феврале 2012 года бывший председатель австралийского комитета SKA [ требуется разъяснение ] выразил обеспокоенность южноафриканским СМИ по поводу рисков на австралийском участке-кандидате, особенно с точки зрения стоимости, вмешательства в добычу полезных ископаемых и земельных соглашений. SKA Australia заявила, что все пункты были рассмотрены в заявке на участок. [9] В марте 2012 года сообщалось, что Консультативный комитет по участку SKA в феврале сделал конфиденциальный отчет о том, что южноафриканская заявка была сильнее. [10] Однако была создана научная рабочая группа для изучения возможных вариантов реализации двух регионов-кандидатов, [11] и 25 мая 2012 года было объявлено, что было решено, что SKA будет разделен на южноафриканские и африканские участки, а также участки в Австралии и Новой Зеландии. [12] Хотя Новая Зеландия оставалась членом организации SKA в 2014 году, казалось, что инфраструктура SKA, скорее всего, не будет расположена в Новой Зеландии. [13]
В апреле 2015 года штаб-квартирой проекта SKA была выбрана обсерватория Джодрелл-Бэнк в Великобритании [14] [15] , официально открытая в июле 2019 года. [ необходима цитата ]
Первоначальные строительные контракты начались в 2018 году. Научные наблюдения с полностью завершенным массивом ожидаются не ранее 2027 года. [16] [17]
12 марта 2019 года в Риме была основана обсерватория Square Kilometre Array Observatory (SKAO) семью первоначальными странами-членами: Австралией, Китаем, Италией, Нидерландами, Португалией, Южной Африкой и Соединенным Королевством. Ожидается, что вскоре к ней присоединятся Индия и Швеция, а еще восемь стран выразили заинтересованность в присоединении в будущем. Этой международной организации было поручено построить и эксплуатировать объект, а первые контракты на строительство, как ожидается, будут заключены в конце 2020 года. [ требуется обновление ] [18]
К середине 2019 года начало научных наблюдений ожидалось не ранее 2027 года. [16] В июле 2019 года Новая Зеландия вышла из проекта. [16]
По состоянию на ноябрь 2020 года [обновлять]уже функционировали пять предшествующих установок: MeerKAT и Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA) в Южной Африке, австралийский SKA Pathfinder (ASKAP) и Murchison Widefield Array (MWA) в Западной Австралии , а также международный телескоп LOFAR, разбросанный по всей Европе с ядром в Нидерландах. [19]
Строительная фаза проекта началась 5 декабря 2022 года в Австралии и Южной Африке, и делегации из каждой из восьми стран, возглавляющих проект, присутствовали на церемониях, посвященных этому событию. [20] Австралийская часть проекта включает 100 000 антенн, построенных на 74 км (46 миль), также в регионе Мерчисон , на традиционных землях аборигенов Ваджарри . Ожидалось, что бульдозеры начнут работать на объекте в начале 2023 года, [ требуется обновление ], а дата завершения работ оценивается в 2028 году. Объект получил название Inyarrimanha Ilgari Bundara , что на языке ваджарри означает « разделяя небо и звезды » . [21]
Департамент атомной энергии (DAE) в Индии и UK Research and Innovation (UKRI) изучают возможность создания суперкомпьютерных мощностей для обработки данных с радиотелескопа Square Kilometre Array. Великобритания и Индия входят в состав группы, разрабатывающей вычислительную обработку для радиотелескопа SKA. [22] 3 января 2024 года правительство Индии одобрило присоединение к проекту SKA, сопровождаемое финансовым обязательством в размере 1250 крор рупий, что знаменует собой первый шаг к ратификации в качестве государства-члена. [23]
SKA будет объединять сигналы, полученные от тысяч небольших антенн, разбросанных на расстоянии нескольких тысяч километров, для моделирования одного гигантского радиотелескопа, способного к чрезвычайно высокой чувствительности и угловому разрешению, используя технику, называемую синтезом апертуры . [25] Некоторые из подрешеток SKA также будут иметь очень большое поле зрения (FOV), что позволит одновременно обследовать очень большие области неба. [26] Одной из инновационных разработок является использование решеток фокальной плоскости с использованием технологии фазированной решетки для обеспечения нескольких FOV. [27] Это значительно увеличит скорость обзора SKA и позволит нескольким пользователям одновременно наблюдать разные части неба, что полезно для (например) мониторинга нескольких пульсаров. Сочетание очень большого поля зрения с высокой чувствительностью означает, что SKA сможет составлять чрезвычайно большие обзоры неба значительно быстрее, чем любой другой телескоп. [28]
Объединенная система SKA обеспечит широкий диапазон покрытия: австралийская система Murchison Widefield Array обеспечит низкочастотное покрытие, а южноафриканская MeerKAT — среднечастотное. [29] [30] [5] На первых двух этапах ее строительства будет обеспечено непрерывное покрытие в диапазоне частот от 50 МГц до 14 ГГц.
Диапазон частот от 50 МГц до 14 ГГц, охватывающий более двух десятилетий , не может быть реализован с использованием одной конструкции антенны, поэтому SKA будет включать отдельные подрешетки различных типов антенных элементов, которые составят решетки SKA-low, SKA-mid и Survey:
Территория, охватываемая SKA, простирающаяся примерно на 3000 км, будет включать три региона: [25] [37]
Стоимость SKA в 2014 году оценивалась в 1,8 млрд евро, включая 650 млн евро на Фазу 1, что составляло около 10% от запланированной мощности всей системы телескопов. [38] [39] За почти 30-летнюю историю межправительственного проекта было много задержек и роста расходов. [16]
По состоянию на декабрь 2022 года [обновлять]общая стоимость проекта оценивалась примерно в 3 миллиарда австралийских долларов. [21]
В феврале 2021 года членами консорциума SKAO были: [8] [40]
По состоянию на декабрь 2022 года [обновлять]в проекте участвовало 16 стран. [21]
Штаб-квартира SKA находится в обсерватории Джодрелл-Бэнк Манчестерского университета в Чешире , Англия, [44] а телескопы будут установлены в Австралии и Южной Африке. [45]
Подходящие места для телескопа SKA должны находиться в ненаселенных районах с гарантированно очень низким уровнем искусственных радиопомех. Первоначально было предложено четыре места в Южной Африке, Австралии, Аргентине и Китае. [46] После значительных обследований оценки мест Аргентина и Китай были исключены, а два других места были включены в шорт-лист (Новая Зеландия присоединилась к австралийской заявке, а 8 других африканских стран присоединились к южноафриканской заявке): [47]
Основной участок расположен в Радиоастрономической обсерватории Мерчисона (MRO) на станции Милера около Буларди в штате Западная Австралия , в 315 км (196 миль) к северо-востоку от Джералдтона [48] [49]
Основной участок расположен в Национальном парке Меркат , на высоте около 1000 метров, в районе Кару засушливой провинции Северный Кейп . Также есть отдаленные станции в Ботсване , Гане , Кении , Мадагаскаре , Маврикии , Мозамбике , Намибии и Замбии . [50]
Многие группы работают по всему миру над разработкой технологий и методов, необходимых для SKA. Их вклад в международный проект SKA классифицируется как: Precursors, Pathfinders или Design Studies.
Австралийский SKA Pathfinder, или ASKAP, — это проект стоимостью 100 миллионов австралийских долларов, в рамках которого была построена телескопическая решетка из тридцати шести двенадцатиметровых тарелок. В ней используются передовые инновационные технологии, такие как фазированные антенные решетки, обеспечивающие широкое поле зрения (30 квадратных градусов). ASKAP был построен CSIRO на территории радиоастрономической обсерватории Мерчисона, расположенной недалеко от Буларди в среднезападном регионе Западной Австралии. Все 36 антенн и их технические системы были официально открыты в октябре 2012 года. [51]
MeerKAT — южноафриканский проект, состоящий из шестидесяти четырех антенн диаметром 13,5 метров, представляющий собой научный инструмент мирового класса, а также созданный для содействия разработке технологий для SKA.
KAT-7 , семитарельчатый инженерный и научный испытательный прибор для MeerKAT, в Национальном парке Меркат около Карнарвона в провинции Северный Кейп в Южной Африке был введен в эксплуатацию в 2012 году и был готов к работе к маю 2018 года, когда были завершены все шестьдесят четыре антенны диаметром 13,5 метра (44,3 фута), а затем начались проверочные испытания, чтобы убедиться в правильности работы приборов. [52] [ требуется обновление ] Тарелки оснащены рядом высокопроизводительных однопиксельных облучателей для покрытия частот от 580 МГц до 14 ГГц. [53]
Murchison Widefield Array [54] — это низкочастотная радиорешетка , работающая в диапазоне частот 80–300 МГц, которая была модернизирована и введена в эксплуатацию в 2018 году на территории Радиоастрономической обсерватории Мурчисона в Западной Австралии.
Массив HERA расположен в Национальном парке Меркат в Южной Африке. Он предназначен для изучения сильно смещенной в красную область эмиссии атомарного водорода , испускаемой до и во время эпохи реионизации.
Телескопическая антенная решетка Allen в Калифорнии использует инновационные 6,1-метровые офсетные грегорианские антенны, оснащенные широкополосными одиночными облучателями, охватывающими частоты от 500 МГц до 11 ГГц. Действующая 42-элементная антенная решетка к 2017 году должна быть расширена до 350 элементов. [ когда? ] Конструкция антенны исследовала методы недорогого производства. [65]
Международный телескоп LOFAR — проект стоимостью 150 миллионов евро под руководством голландцев — новая низкочастотная фазированная апертурная решетка, распространенная по всей Северной Европе. Полностью электронный телескоп, охватывающий низкие частоты от 10 до 240 МГц, он был запущен в эксплуатацию в 2009-2011 годах. В 2017 году LOFAR разрабатывал важнейшие методы обработки для SKA. [66] [ требуется обновление ] . Благодаря своим базовым линиям до 2000 км он может делать изображения с угловым разрешением менее секунды дуги в широком поле зрения. Такое высокое разрешение изображений на низких частотах является уникальным и будет на порядок лучше, чем у SKA1-LOW.
Проблемы с данными первопроходцев СКА | ||||
---|---|---|---|---|
Испытание | Спецификации [67], заложенные в бюджет для ASKAP Требования к самому SKA примерно в 100 раз больше. | |||
Большая пропускная способность от телескопа до процессора | ~10 Тбит/с от антенн до коррелятора (< 6 км) 40 Гбит/с от коррелятора до процессора (~ 600 км) | |||
Большая вычислительная мощность | Ожидается/запланировано 750 Тфлоп/с Желательно 1 Пфлоп | |||
Потребляемая мощность процессоров | 1 МВт на месте 10 МВт для процессора | |||
Необходима обработка трубопровода | включая проверку данных, извлечение источника, перекрестную идентификацию и т. д. | |||
Хранение и продолжительность данных | 70 ПБ/год, если все продукты сохранены 5 ПБ/год при текущем финансировании 8 ч для записи 12 ч данных на диск со скоростью 10 ГБ/с | |||
Извлечение данных пользователями | все данные в открытом доступе доступны с помощью инструментов и сервисов VO | |||
Исследования с интенсивным использованием данных | интеллектуальный анализ данных, стекирование, кросс-корреляция и т. д. |
Объем собранных сенсорных данных создает огромную проблему хранения и потребует обработки сигналов в реальном времени для преобразования необработанных данных в соответствующую производную информацию. В середине 2011 года было подсчитано, что массив может генерировать эксабайт в день необработанных данных, которые можно сжать примерно до 10 петабайт . [73] Китай, один из основателей проекта, спроектировал и построил первый прототип регионального центра обработки данных. Ань Тао, глава группы SKA Шанхайской астрономической обсерватории , заявил: «Он будет генерировать потоки данных, значительно превышающие общий мировой интернет-трафик». Суперкомпьютер Tianhe-2 использовался в 2016 году для обучения программного обеспечения. Обработка проекта будет выполняться на разработанных и произведенных в Китае [74] [75] процессорах Virtex-7 от Xilinx , интегрированных в платформы CSIRO . [ 76] Китай настаивал на унифицированной конструкции формирования луча , что привело к тому, что другие крупные страны вышли из проекта. [77] Канада продолжает использовать процессоры Altera Stratix-10 (производства Intel ). [78] Любая американская компания не имеет права экспортировать в Китай высокопроизводительные ПЛИС Intel или любые связанные с ними детали дизайна CSP или прошивки [79] из-за эмбарго США [80] [81] [82] [83] , что серьезно ограничит сотрудничество. [ необходима цитата ]
Проект развития технологий (TDP) — это проект стоимостью 12 миллионов долларов США , направленный на разработку технологии подачи и подачи для SKA. Он реализуется консорциумом университетов [ необходимо разъяснение ] и был завершен в 2012 году. [84]
Потенциальные риски для приоритетных астрономических объектов в Южной Африке защищены Законом о географических преимуществах астрономии 2007 года. [85] Введенный в действие специально для поддержки заявки южноафриканской SKA, он запрещает все виды деятельности, которые могут поставить под угрозу научную эксплуатацию основных астрономических инструментов. В 2010 году были высказаны опасения относительно желания обеспечить соблюдение этого закона, когда Royal Dutch Shell подала заявку на разведку сланцевого газа в Кару с использованием гидроразрыва пласта , деятельность, которая могла бы увеличить радиопомехи на объекте. [86]
Определенное удаленное местоположение станции для южноафриканского массива в Мозамбике подверглось наводнению и было исключено из проекта [87], несмотря на то, что технический анализ Комитета по выбору места SKA показал, что все удаленные африканские станции могут реализовать решения по смягчению последствий наводнений. [88]
В 2014 году в Южной Африке прошла месячная забастовка Национального профсоюза металлистов (NUMSA), что еще больше задержало установку антенн. [89]
Наибольшим риском для всего проекта, вероятно, является его бюджет, который до 2014 года не был утвержден. [90]
С самого начала проекта фермеры, предприятия и частные лица в Южной Африке выступали против него. [91] Группа поддержки под названием Save the Karoo заявила, что зона радиомолчания приведет к дальнейшему росту безработицы в регионе Южной Африки, где уровень безработицы уже превышает 32%. [92] Фермеры заявили, что основанная на сельском хозяйстве экономика в Кару рухнет, если их заставят продать свою землю. [93] [94]
Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( Май 2012 ) |
Возможности SKA будут направлены на решение широкого круга вопросов в области астрофизики , фундаментальной физики , космологии и астрофизики частиц , а также на расширение диапазона наблюдаемой Вселенной . Ниже перечислен ряд ключевых научных проектов, которые были отобраны для реализации через SKA.
На протяжении почти ста лет общая теория относительности Альберта Эйнштейна точно предсказывала результат каждого эксперимента, проведенного для ее проверки. Большинство этих испытаний, включая самые строгие, проводились с использованием радиоастрономических измерений. Используя пульсары в качестве детекторов космических гравитационных волн или хронометрирующих пульсаров, обнаруженных на орбитах черных дыр , астрономы смогут исследовать пределы общей теории относительности, такие как поведение пространства-времени в областях чрезвычайно искривленного пространства. Цель состоит в том, чтобы выяснить, был ли Эйнштейн прав в своем описании пространства, времени и гравитации, или для учета этих явлений необходимы альтернативы общей теории относительности .
Чувствительность SKA в линии водорода 21 см позволит отобразить миллиард галактик вплоть до края наблюдаемой Вселенной. Выявленная таким образом крупномасштабная структура космоса даст ограничения для определения процессов, приводящих к образованию и эволюции галактик . Визуализация водорода по всей Вселенной даст трехмерную картину первых волн структуры, которые сформировали отдельные галактики и скопления. Это также может позволить измерить эффекты, гипотетически вызванные темной энергией и вызывающие увеличение скорости расширения Вселенной . [95]
Космологические измерения, доступные в ходе обзоров галактик SKA, включают в себя тестирование моделей темной энергии, [96] гравитации, [97] изначальной Вселенной, [98] и фундаментальной космологии, [99] и они обобщены в серии статей, доступных в Интернете. [100] [101] [102] [103]
SKA предназначен для предоставления наблюдательных данных из так называемых Темных веков (между 300 000 лет после Большого взрыва , когда Вселенная стала достаточно холодной, чтобы водород стал нейтральным и отделился от излучения) и времени Первого света (миллиард лет спустя, когда впервые наблюдаются молодые галактики, а водород снова становится ионизированным). Наблюдая за первичным распределением газа, SKA должен иметь возможность увидеть, как Вселенная постепенно загоралась, когда ее звезды и галактики формировались и затем развивались. Этот период Темных веков, достигший кульминации в Первом свете, считается первой главой в космической истории творения, и разрешающая способность, необходимая для наблюдения этого события, является причиной конструкции решетки Square Kilometre Array. Чтобы заглянуть в прошлое до Первого света, требуется телескоп в 100 раз более мощный, чем самые большие радиотелескопы в мире в настоящее время, занимающий 1 миллион квадратных метров площади сбора, или один квадратный километр. [104]
Пока еще невозможно ответить на основные вопросы о происхождении и эволюции космических магнитных полей , но ясно, что они являются важным компонентом межзвездного и межгалактического пространства. Картографируя эффекты магнетизма на излучение очень далеких галактик, SKA будет исследовать форму космического магнетизма и роль, которую он сыграл в эволюционирующей Вселенной.
Эта ключевая научная программа, называемая «Колыбель жизни», будет сосредоточена на трех целях: наблюдение за протопланетными дисками в обитаемых зонах , поиск пребиотической химии и содействие поиску внеземного разума ( SETI ). [105]
{{cite web}}
: |last=
имеет общее название ( помощь )Китайская Huawei Technologies Co Ltd не затронута действиями США, направленными на ограничение доступа производителя телекоммуникационного оборудования к американским технологиям.
Компания Huawei выбрала высокопроизводительные ПЛИС Virtex® UltraScale+™ для поддержки своего первого экземпляра FP1 в рамках нового ускоренного облачного сервиса.
Канадская компания NRC помогает строить радиотелескоп нового поколения Square Kilometre Array (SKA). В конструкции NRC используются FPGA Intel® Stratix® 10 SX.
16) Гибридные (комбинированные аналого-цифровые) компьютеры, специально разработанные для моделирования, имитации или интеграции проектирования систем, перечисленных в пунктах (a)(1), (d)(1), (d)(2), (h)(1), (h)(2), (h)(4), (h)(8) и (h)(9) категории IV USML или пунктах (a)(5), (a)(6) или (a)(13) категории VIII USML (MT, если для ракет, SLV, ракет, беспилотных летательных аппаратов или БПЛА, способных доставлять полезную нагрузку не менее 500 кг на расстояние не менее 300 км или их подсистем. См. примечание 2 к пункту (a)(3)(xxix) этой категории); ""Аналогово-цифровые преобразователи, используемые в системе в пункте 1, имеющие любую из следующих характеристик: (1) Аналого-цифровые преобразователи «микросхемы», которые «устойчивы к излучению» или обладают всеми из следующих характеристик: (i) Имеют разрешение 8 бит или более; «Пункт 1 — Категория I Полные ракетные системы (включая баллистические ракетные системы, космические аппараты-носители и ракеты-зонды (см. §121.1, Кат. IV(a) и (b))) и беспилотные летательные аппараты (включая крылатые ракетные системы, см. §121.1, Кат. VIII (a), беспилотные летательные аппараты-мишени и разведывательные беспилотные летательные аппараты (см. §121.1, Кат. VIII (a))), способные доставлять не менее 500 кг полезной нагрузки на расстояние не менее 300 км.
{{cite book}}
: |journal=
проигнорировано ( помощь )Международный
Австралия/Новая Зеландия
Канада
Европа
ЮАР
Другой