Do solo ao Espaço, do Espaço ao Universo : os novos instrumentos em rádio e microondas

Transcrição

1 Gulbenkian, Lisboa 30 Julho de 2009 Do solo ao Espaço, do Espaço ao Universo : os novos instrumentos em rádio e microondas Domingos Barbosa Grupo de Radio Astronomia Basic Sciences & Enabling Technologies 2005, it - instituto de telecomunicações. Todos os direitos reservados.

2 1890: Thomas Edison quer ouvir as estrelas. Simultaneamente às perturbações electromagnéticas originadas no Sol e que sentimos, como sabem, na forma de luz e calor, perturbações em comprimentos de onda mais longos são perfeitamente plausíveis. Se assim for, poderíamos convertê-los em som Julho de 2009, Gulbenkian

3 Para o espaço : TICs/Radioastronomia: começo acidental Karl Jansky (Bell Telephone Labs) Estudo de estática durante Centro da Via Láctea 1940 Grote Reber - receptor 160 Mhz (ultra-alta freq.) encontra Júpiter, o Sol, the Sun e fontes rádio cósmicas 3

4 Rádio como grande negócio :um receptor superheterodínico de 1930 Os modernos radiómetros no espaço/ radiotelescópios 4

5 Históricamente, fora do Planeta Física de Plasmas; condições do espaço exterior (space weather) Telecomunicações Observação da Terra Telecomunicações Navegação (GPS, agora Galileo) Telecomunicações (radio)astronomia (1ª missão da ESA em microondas só em 2009, Planck) 5 30 Julho de 2009, Gulbenkian

6 Espaço : & Radio e Microondas 1 Interface Solo/Espaço 2 - Solo 3 Para o Espaço 4 Conhecimento sub-orbital! 6

7 (Luis Cupido : ENAA2009) O que medimos? - Fluxo / Potência constante variável - Interferometria - Espectros - Imagem sintética - Polarimetria E claro, comunicámos!! 7 30 Julho de 2009, Gulbenkian Galaxias, Quasares, Pulsars e outras fontes, H2O terrestre

8 Os 5 Prémios Nobel da RadioAstronomia : setup-das técnicas experimentais Fundo de Radiação Cósmica em Microondas (1965) Nobel para Penzias e Wilson Bell Telephone Labs Descoberta fortuita, possibilitada pela Tecnologia Mapa do céu em Microondas: WMAP (NASA) Ciência Julho de 2009, Gulbenkian

9 Os 5 Prémios Nobel da RadioAstronomia : setup-das técnicas experimentais Fundo de Radiação Cósmica em Microondas (1965) Nobel para Penzias e Wilson Bell Telephone Labs Descoberta fortuita, possibilitada pela Tecnologia Evolução Cósmica Síntese de abertura Martin Ryle (1974) 9 30 Julho de 2009, Gulbenkian

10 Os 5 Prémios Nobel da RadioAstronomia : setup-das técnicas experimentais Fundo de Radiação Cósmica em Microondas (1965) Nobel para Penzias e Wilson Bell Telephone Labs Descoberta fortuita, possibilitada pela Tecnologia Evolução Cósmica Síntese de abertura Martin Ryle (1974) Descoberta de estrelas de neutrões radio pulsações (pulsars) Tony Hewish (1974) Julho de 2009, Gulbenkian

11 Os 5 Prémios Nobel da Radio Astronomia Fundo de Radiação Cósmica em Microondas (1965) Nobel para Penzias e Wilson Bell Telephone Labs Descoberta fortuita, possibilitada pela Tecnologia Evolução Cósmica Síntese de abertura Martin Ryle (1974) Descoberta de estrelas de neutrões radio pulsações (pulsars) Tony Hewish (1974) Verificação das previsões de Einstein's da Relatividade Geral Desaceleração da rotação de um pulsar Taylor and HulseCiência (1993) Julho de 2009, Gulbenkian

12 As redes multi-antenas de observação: Interferometria : resolução de miliarsec!!!!!! Imbatível Very Large Array, USA + VSOP VSOP (36000 Km baseline) 12 Global Very Large Baseline Interferometer

13 European Radio Astronomy Julho de 2009, Gulbenkian

14 Luis Cupido: ENAA 2009 Tecnologia Temp. ambiente μw Ultra low noise Criogénicas - Front-ends Ondas milimétricas - middleware (IF s, cabos/ fibra etc) ( SKA, EVN problema complexo) critico / calibração Analógico Massivo - Back-ends Digital Complexo Julho de 2009, Gulbenkian

15 Matrizes Planos Focais : multiplicadores de ciência Baixa frequência (1.4-5 GHz) maximisam o potencial de redes como EVN; mas tambem Funcionam como matrizes de radar SAR Média-frequência ( GHz) matrizes de cornetas para maximisar o potencial de grandes radiotelescópios na Europa (ex. Yebes, Effelsberg, SRT,etc. ) Altas frequência ( GHz) matrizes de cornetas para maximisar o potencial de instrumentos a alta-altitude (ACBAR, Apex, de antenas individuais no Julho de 2009, Gulbenkian

16 AAs in the field Cobra Dane Radar (Shemya, Alaska) PAVE PAWS Radar (Alaska) Julho de 2009, Gulbenkian

17 Moura : Setembro primeiros trabalhos do AAVP- European Site Emulator AA-LO (INAF) AAVP Budget : 18 M Synthetic Aperture Radar on Portuguese Ground in 144m² station; receivers!@ 300MHz- 3GHz : extension up to 20GHz for new Reflector Techs. 17

18 Ondas milimétricas /sub-milimétricas: O projecto ILAHS a multiplicação dos front-ends ILASHIntegratedConventional feeds with required aperture will overlap xx xx x Julho de 2009, Gulbenkian

19 Details of the integrated lens z Conceito da lente : os sensores são integrados na base ILASH- Integrated Lens Antenna Shaper (Carlos Fernandes IT Julho de 2009, Gulbenkian ESA)

20 Manufactura de lentes dielectricas Carlos Fernandes, IT-Lx Julho de 2009, Gulbenkian

21 Portugal RA : Julho de 2009, Gulbenkian

22 Other Telescopes and instruments: : Luis Cupido : ct1dmk1 ; 5.6 meter dish, Aveiro Power and spectral experiments : GHz in 10 years! Present: Commission J URSI / ANACOM, CRAF DSN receiver testing: 8.4GHz band GHz LNA Julho de 2009, Gulbenkian Aveiro : submm work too! (411GHz cub-mixer)

23 Voyager 1 : (um receptor do DSN custa muitos x100k ) aqui : 2000 (excluding HR) - recorde Mundial Tracking da Cassini, Voyager, Mars Orbiter, SIRTF! Variabilidade de Tau6. Importante para calibração desondas Julho de 2009, Gulbenkian

24 riscas de OH (Cupido & Barbosa 2007): CRAF European Science Foundation BW: MHz The impact of Iridium satellite network on RA allocated lines OH : MHz The spectroscopy limit for RA79: -238 dbwm-2hz-1 exceeded by far useful for assessement on maser lines used by VLB telescopes Julho de 2009, Gulbenkian

25 Radio-Heliospectrógrafo: CICGE - UP ( ) Mhz; 1MHz BW; 500 canais. Receptor de CET-UA : Arouca Monitorização do Space Weather FCT - Excellent on CTE and CTE-AST; Operated by D. Maia & A. Magalhães; Maia et al. Agora: em relocalização na Pampilhosa da Serra; Julho de 2009, Gulbenkian

26 Shocks coronais: Km acima da superfície solar Emission a 1/3c Julho de 2009, Gulbenkian Única estação monitorizando o Sp. Weather --> correlação com Nançay e Halpha/Coimbra

27 Cartografia do Galactic Weather! Importância do GEM Necessidade de calibração absoluta ao solo. Mapas GEM irão entrar na Pipeline de processamento de dados do Planck com baixas frequências bem calibradas. GEM : importante para as propostas do Planck Survey Working Group 7 Update do modelo Remoção dos ante-planos é necessária para o Planck Julho de 2009, Gulbenkian de teste e simulação - Planck Sky Reference Model

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29 Galactic Weather: Emergent, urgent space problem Polarization, the future paradigm! Planck Surveyour (ESA 2009) Courtesy of the NASA/WMAP Science Team 29

30 Planck Surveyor ; GHz ( Temp : 200 mk) Julho de 2009, Gulbenkian

31 GEM Goals Primeiro e maior mapa da emissão sincrotrão da galáxia (5GHz)! Legacy survey data com grande tempo de vida. (interesse para telecomunicações: mapas do ruído do céu na banda C-band) Suporte da NASA/GFSC LAMBDA site (Legacy Archive for Microwave Background Data) Completar cobertura do Hemisfério Norte a 2.3 GHz. Controle dos ante-planos das sondas espaciais de observação em microondas + ciência galáctica (mapas absolutamente calibrados): (US Task Force ON CMB Research July 2005). Melhoria de sensibilidade alvo para a proposta de sonda ESA (Cosmic Vision Polarization CMB Bmode) : missão proposta ESA B-Pol (2008). Calibração de radiómetros para missões planetárias (JUNO-Jupiter Polar Orbiter / NASA-JPL 2010+). Teste de R&D para radioastronomia / instrumentação de ciências espaciais Julho de 2009, Gulbenkian

32 GEM - R & D em Microondas Trabalho pioneiro em Portugal Criogenics / LNA (Low Noise Amps.) GaAs Technology. Know steps towards InP. MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits) : INSCAF partipant. Digital Logic. FPGA will proceed to space! Excellent to process huge data streams. Portugal is competitive! Topa state of the art digital-correlator. Look the spin-offs : Earth-Sciences probes, radioastronomy, tecnological aplications in digital, low power, low noise electronics. Industry connection: TELESAL program, know-how colla. with young space companies. Investment: lab equipment (industrial certified). Conjugate space time with industry time : ESA proposals in Microwave/mm wave reserach lines! Julho de 2009, Gulbenkian

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35 5 GHz Portugal and Brazil Surveys The Galactic Emission Mapping project aims to accurately determine the absolute intensity and polarization state of the radiation emitted by the Milky Way at several frequencies in the radio and Microwave spectrum 35

36 Espaço: 4ª geração de sondas em microondas Conexões estratégicas: Cosmic Vision R&D 36

37 Ciências da terra : SMOS DEIMOS : aplicação da interferometria à Cartografia da Terra em Microondas (1.4 GHz á procura da água!!) Julho de 2009, Gulbenkian

38 Telecomunicações do Futuro : Comunicar Dados : Débito crescente, Largura de banda, menor massa GaN : novos semicondutores com potência : GaN is a III-V compound semiconductor material (Gallium in Group III and Nitrogen in Group V) GaN Key features, merits for FETs and SSPA are: Material Features Merits for power FET High voltage operation High Breakdown Voltage High load impedance Wide Band gap High Temperature operation High Thermal conductivity High Power density High current density Small periphery and small chip size Julho de 2009, Gulbenkian Merits for SSPA High Linearity Low Loss matching circuit Better DC/RF converter efficiency Small and light cooling system Small and light SSPA

39 Power M anagement Commercial Wireless Infrastructure Automotive Power Diodes and FET Switches RF Power Transistors for Cellular,WLAN,... Emission Sensors, Engine Electronics, Military Commercial Avionics Power MMICs, RADAR, Communications Pressure Sensing MEMs for Steering Systems GaN Applications Data Storage Blue Laser Diodes Julho de 2009, Gulbenkian Bio M edical Lighting Material Detectors UV Emitters/Detectors Heat Sensors General Illumination Signage, Displays

40 Futuro das Telecomunicações no espaço: Brevement uma board do IT no espaço (ESA) PI: Nuno Borges (IT-Av) Go... anywhere, Do... anything, Send... anyone Sem dúvida O futuro da TICS usa GaN Julho de 2009, Gulbenkian

41 Rádio, Microondas!! Recomendam-se Estratégico Necessário : Monitorização da Terra, Ciência, RadioAstronomia, TELECOMUNICAÇõES Futuro Brilhante Julho de 2009, Gulbenkian