La empresa participa en la investigación y el desarrollo del proyecto FAST, el radiotelescopio de plato único más grande del mundo
Por encargo de una institución de investigación de Pekín, FCTEL participó en el proyecto FAST, el radiotelescopio de plato único más grande del mundo, desarrollando dispositivos de conversión para la transmisión óptica de alta velocidad de señales eléctricas de diversos sensores, como codificadores absolutos multivuelta y codificadores rotativos, hacia salas de blindaje electromagnético. Así se resolvió el persistente problema de distorsión de las señales tras el filtrado previo a su entrada en la sala de blindaje electromagnético, así como el desajuste de los retardos de reloj en el lado de las señales eléctricas de alta velocidad después de la conversión optoeléctrica en las soluciones convencionales de transmisión optoelectrónica.
Para FCTEL es una satisfacción poder aportar una modesta contribución a los proyectos tecnológicos de China que son líderes mundiales, gracias a los años de experiencia acumulada en investigación y desarrollo en el campo de la transmisión óptica.
Descifrando «FAST», el radiotelescopio de plato único más grande del mundo (ilustración de Tierra Misteriosa)
(Informe de Tierra Misteriosa) Según Southern Metropolis Daily: «¡Les advertimos: no respondan! ¡No respondan! ¡No respondan! Hay decenas de millones de estrellas en su dirección. Si responden, se localizará el origen de la transmisión, su sistema planetario será invadido y su mundo será ocupado. ¡No respondan! ¡No respondan! ¡No respondan!». Esta es una señal de radio de una civilización extraterrestre recibida accidentalmente en la «Base Costa Roja», donde está destinada la protagonista de la novela de ciencia ficción El problema de los tres cuerpos.
De hecho, la versión real de la «Base Costa Roja» que recibe ondas de radio cósmicas se está construyendo en la cuenca de «Da Wodang», en la aldea de Jinke, localidad de Kedu, condado de Pingtang, provincia de Guizhou. El proyecto de construcción del radiotelescopio de plato único más grande del mundo, el «Ojo del Cielo» (FAST), ha entrado ya en su fase final. Una vez terminado, este radiotelescopio esférico de 500 metros de diámetro tendrá una superficie receptora equivalente a 30 campos de fútbol.
El 26 de diciembre de 2015, Jiang Peng, adjunto al ingeniero jefe y subingeniero jefe del sistema reflector de FAST, explicó en la conferencia de divulgación científica 2015 del Planetario de Pekín cómo se construyó el «Ojo del Cielo» y cómo se superaron los retos técnicos asociados durante su construcción. Según se informa, en comparación con el telescopio estadounidense de Arecibo, considerado uno de los 10 principales proyectos de la humanidad del siglo 20, el rendimiento global del «Ojo del Cielo» es aproximadamente 10 veces superior, y se prevé que todo el proyecto esté terminado para septiembre de 2016.
Tras localizar más de 300 depresiones, finalmente se eligió «Da Wo Dang», en Guizhou
Muchos podrían preguntarse por qué se ubicó el «Ojo del Cielo» en la provincia de Guizhou, de geología compleja. Según Jiang Peng, los científicos dedicaron más de diez años a encontrar una «cuenca ocular» adecuada para el «Ojo del Cielo». En la conferencia de la Unión Internacional de Radiociencia de 1993, astrónomos de diez países, entre ellos China, propusieron la iniciativa de construir una nueva generación de «radiotelescopios gigantes», con el objetivo de remontarse al universo primigenio y responder a numerosas cuestiones difíciles de la astronomía.
A finales de 1995, el Comité de Promoción de China para el «Gran Radiotelescopio» propuso el concepto del «Proyecto Karst», que aprovecharía una depresión kárstica de Guizhou para construir un reflector esférico. Tras sucesivos procesos de selección, finalmente encontraron «Da Wo Dang», en la localidad de Kedu, condado de Pingtang: una profunda «cuenca ocular» especialmente adecuada para el gigantesco «Ojo del Cielo». En 2007, el proyecto fue aprobado oficialmente y se confirmó el emplazamiento. En marzo de 2011, comenzó la construcción del proyecto FAST en Guizhou.
La selección del emplazamiento llevó tanto tiempo porque el equipo del proyecto estudiaba constantemente cómo minimizar el volumen de excavación. Mediante búsquedas por satélite, los ingenieros localizaron más de 300 depresiones en todo el país. Tras varias rondas de selección, comprobaron que la depresión de «Da Wodang», en el sureste de Guizhou, era grande y redonda, por lo que era la que mejor se ajustaba a la forma de FAST. Además, el entorno tranquilo y poco poblado de esta depresión favorece la reducción de las interferencias electromagnéticas con FAST. Teniendo en cuenta todos estos factores, en 2007 se eligió finalmente «Da Wodang» como «cuenca ocular».
Construir una «gran olla» de 500 metros de diámetro en un terreno complejo
Con un principio de funcionamiento similar al de una antena parabólica de satélite convencional, FA ST consta de dos partes principales: la superficie parabólica que refleja las señales y el alimentador que las recibe. La superficie parabólica, conocida habitualmente como «plato», concentra las señales reflejadas en un único punto. Por su forma, esta superficie parabólica se asemeja a un enorme «plato». La única diferencia es que lo que contiene son señales enviadas por «visitantes del espacio exterior».
En este caso, la obra se encuentra en una zona montañosa accidentada. Cómo construir una «gran olla» de 500 metros de diámetro en un terreno tan complejo supuso un verdadero quebradero de cabeza para los expertos. Diversos equipos aportaron propuestas y estrategias; en un momento dado, alguien propuso utilizar una tecnología de elementos separados con una densa estructura de soportes rígidos debajo. Sin embargo, finalmente se adoptó la solución de «red de cables».
Según el diseño de «red de cables tensada», cuando FAST está en funcionamiento puede seguir la rotación de los cuerpos celestes y rastrear y explorar fuentes de radio. Primero, los científicos controlan seis cables de acero para desplazar la cabina del alimentador sobre la superficie del casquete esférico, de 207 metros de diámetro y situado a 140-180 metros del suelo. A continuación, mediante 2,225 actuadores que tiran de la red de cables, se ajustan los 4,450 paneles reflectores de la red para enfocar FAST. De este modo, FAST puede girar libremente, como un ojo humano. Cuando los paneles reflectores reciben señales de ondas electromagnéticas de radio, concentran las señales cósmicas en la cabina del alimentador.
El montaje de los paneles reflectores depende por completo del equipo de construcción que trabaja en altura.
El 4 de febrero del año pasado se completaron la fabricación y la instalación de la red de cables de FAST. Ahora, quienes tengan la oportunidad de visitar la obra podrán ver una enorme «red de pesca» tejida con más de 6,000 cables de acero. Pero Jiang Peng señaló que, aunque esta gran red resulta espectacular, tejerla no fue en absoluto fácil.
Según se informa, la red de cables completa tiene un total de 2,225 nodos y abarca una extensión de instalación extremadamente grande. El equipo de ingeniería realiza trabajos en altura para izar cada red de cables y cada panel reflector, y completa el montaje tras medir con precisión sus posiciones. La desviación en el control de la forma de la superficie debe mantenerse dentro de un valor RMS de 5 mm. Para garantizar la precisión, los expertos crearon una sala de temperatura constante específicamente para fabricar los cables de tracción.
Un problema mayor es la deformación de las columnas de acero causada por los cambios de temperatura: una diferencia de 50 °C supone una variación de 300 milímetros. Jiang Peng explicó que, para adaptarse al terreno ondulado, las columnas de acero que sostienen la estructura de la superficie reflectora tienen distintas alturas. Para evitar deformaciones desiguales, se añaden apoyos deslizantes en los puntos de conexión entre las vigas anulares y las columnas de acero. Esto permite que las vigas anulares de soporte se dilaten y contraigan libremente sobre las columnas, deformándose de manera más uniforme.
Esto equivale a dejar un margen para absorber la deformación, con un desplazamiento máximo de hasta 0.47 metros. De esta forma, el «Ojo del Cielo», conectado al «nervio óptico», puede ajustar su enfoque con flexibilidad. Cabe mencionar que, debido a las deformaciones causadas por el peso propio y la carga del viento, la apertura máxima de los telescopios tradicionales totalmente orientables suele ser de solo 100 metros. El «Ojo del Cielo», con una apertura de 500 metros y una estructura de red de cables, supera con facilidad el límite de 100 metros. No solo inaugura un nuevo modelo de construcción de radiotelescopios gigantes, sino que, una vez operativo, tendrá una sensibilidad 3.25 veces la del mayor del mundo, el Observatorio de Arecibo, en Estados Unidos.
Una vez terminado, el «Ojo del Cielo» buscará vida inteligente extraterrestre.
Desde su concepción hasta hoy, el proyecto del «Ojo del Cielo», ya casi terminado, ha abarcado más de 20 años. ¿En qué ámbitos demostrará sus capacidades una vez que entre en servicio? Li Di, científico jefe del Departamento de Radioastronomía de los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia China de Ciencias, afirmó en una entrevista con los medios que el principal campo de actuación del «Ojo del Cielo» seguirá siendo la astronomía, por ejemplo: detectar señales y materia distantes en el universo, explorar temas que van desde el origen del universo hasta la estructura de la materia interestelar, buscar púlsares débiles y otras fuentes de radio de baja intensidad y realizar de forma eficiente la búsqueda de vida inteligente extraterrestre.
Zheng Xiaonian, subdirector ejecutivo del proyecto FAST y subdirector de los Observatorios Astronómicos Nacionales, afirmó en una entrevista con los medios que, una vez terminado, el «Ojo del Cielo» podrá cartografiar el hidrógeno neutro del universo, detectar moléculas interestelares, observar púlsares y buscar señales de comunicación interestelar. Con la ayuda de este gran ojo de aguda visión, la humanidad ha dado otro paso adelante en la búsqueda de civilizaciones extraterrestres.
A principios de diciembre del año pasado, Pierrick Martin, astrofísico del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) en Toulouse, Francia, y del Instituto de Astrofísica y Planetología, descubrió, utilizando el telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA, el primer púlsar de rayos gamma en otra galaxia, a 163,000 años luz de la Tierra, estableciendo un nuevo récord como el púlsar de rayos gamma más brillante conocido.
La detección de púlsares extragalácticos es, en sí misma, uno de los objetivos fundacionales de FAST. Según los cálculos de los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia China de Ciencias, la red de cables del «Ojo del Cielo» experimenta aproximadamente más de un millón de deformaciones, con una vida útil de 30 años. Li Di confía plenamente en el rendimiento futuro de FAST y afirma: «Una vez terminado, FAST mantendrá un nivel de primera categoría mundial durante los próximos 20 años».
Seis torres de soporte de 100 metros de altura
Mediante el control de seis cables de acero, la cabina del alimentador se desplaza sobre el casquete esférico de 207 metros de diámetro, a una altura de 140–180 metros sobre el suelo.
La cabina del alimentador pesa unas 30 toneladas (incluidos el bastidor en forma de estrella, la plataforma Stewart, la cubierta de la cabina y otros equipos)
Al tirar de la red de cables con 2,225 actuadores, se mueven los 4,450 paneles reflectores de la red para enfocar el «Ojo del Cielo»
Cómo se protege el «Ojo del Cielo» del viento, la lluvia y los rayos
«El “Ojo del Cielo” está construido en un “tiankeng” de Guizhou. ¿Cómo se protege una estructura tan gigantesca del viento, la lluvia y los rayos?»
Los científicos ya tuvieron en cuenta las precipitaciones al seleccionar el emplazamiento. Jiang Peng afirmó que la ubicación de la «cuenca ocular» en Guizhou no se decidió únicamente porque su forma cumpliera los requisitos. La parte más compleja viene después: durante la fase de exploración sobre el terreno, el equipo del proyecto debe realizar una evaluación geológica exhaustiva de la zona deprimida.
«Toda la depresión tiene al menos 600 orificios; prácticamente se ha convertido en un colador gigante». La desarrollada red de ríos subterráneos característica del relieve kárstico, junto con las numerosas cuevas, deparó una grata sorpresa: proporcionó al «Ojo del Cielo» un drenaje natural. Cuando llueve, el agua se infiltra rápidamente en el subsuelo, evitando su acumulación en el emplazamiento del telescopio y los daños en los equipos electrónicos.
En diciembre del año pasado, la instalación de los paneles reflectores había superado la mitad y el prototipo del «Ojo del Cielo» había comenzado a tomar forma: un enorme valle estaba ocupado por una «red» semiesférica tejida con cables de acero, cubierta aproximadamente hasta la mitad por paneles reflectores plateados que, con las montañas verdes como telón de fondo a su alrededor, parecían un espejo deslumbrante.
Jiang Peng señaló que, al observarlos de cerca, se aprecia que los paneles reflectores activos de aleación de aluminio, aparentemente lisos, están en realidad cubiertos de innumerables orificios. Estos pequeños orificios, densamente distribuidos, están diseñados para reducir la carga del viento y, de este modo, mitigar el efecto de velocidades del viento superiores a 4-5 metros por segundo sobre las tareas de detección del «Tianyan».
Al mismo tiempo, los orificios también pueden mejorar la transmisión de la luz, permitiendo que crezcan las plantas en la superficie de la antena y evitando la erosión del suelo. «La conservación del suelo y del agua es muy importante; de lo contrario, cuando la erosión del suelo sea grave, las zonas bajas se convertirán en charcas de barro al llover», afirmó Jiang Peng. Señaló que, aunque la vegetación es beneficiosa, las enredaderas de crecimiento descontrolado también pueden interferir en las tareas de detección si trepan sobre los paneles reflectores. Actualmente, el equipo del proyecto retira periódicamente la maleza excesiva junto con los trabajadores.
Además, las duras condiciones climáticas locales de Guizhou también preocupan a muchas personas. ¿Puede el «Ojo del Cielo» resistir lluvias extremas, nieve, granizo y tormentas eléctricas? Al respecto, Jiang Peng afirmó que el «Ojo del Cielo» cuenta con los preparativos correspondientes. Por ejemplo, para prevenir los daños por rayos, todos los equipos metálicos están conectados a tierra como un conjunto, de modo que cualquier descarga pueda disiparse rápidamente. «Además, según la experiencia, los fenómenos meteorológicos extremos solo representan una proporción muy pequeña del año, normalmente unos 10 días, por lo que su impacto no será demasiado significativo».
El pasado y el presente de los radiotelescopios
El desarrollo de los telescopios astronómicos ha evolucionado de aperturas pequeñas a grandes y de longitudes de onda cortas a largas. En la actualidad, este desarrollo se centra principalmente en dos direcciones: una es «salir al espacio» y la otra es «ocupar el terreno». Debido a la influencia de la atmósfera terrestre, la mayor parte de la radiación ultravioleta de longitud de onda corta y de los rayos X no puede observarse, por lo que es necesario enviar telescopios al espacio exterior mediante tecnología espacial. Entre los ejemplos se encuentran el telescopio Kepler y el telescopio espacial Hubble. La expresión «ocupar el terreno» se refiere a los telescopios terrestres, como FAST, el radiotelescopio que actualmente se está construyendo en China.
Como tipo de telescopio astronómico, el desarrollo de los radiotelescopios también representa el progreso de la humanidad en la exploración del universo. No fue hasta 1873, cuando se publicó la obra de Maxwell Tratado de electricidad y magnetismo, que exponía de forma sistemática y completa la teoría de los campos electromagnéticos, cuando se comprendió de pronto que la luz también es una onda electromagnética y que, dentro del amplio espectro de ondas electromagnéticas, la luz visible ocupa tan solo una parte muy pequeña.
A comienzos del siglo 20, al medir la altura de la ionosfera terrestre, los científicos descubrieron que las ondas electromagnéticas con longitudes de onda inferiores a 60 metros prácticamente no regresaban al atravesar la ionosfera. Este fenómeno despertó la imaginación de los investigadores: si las ondas electromagnéticas de menos de 60 metros podían propagarse desde la Tierra hacia el espacio sin obstáculos, a la inversa, ondas electromagnéticas similares procedentes del espacio también podrían atravesar la atmósfera y llegar a la Tierra.
Así comenzó la observación humana de las ondas de radio cósmicas. En 1931, los Laboratorios Bell de Estados Unidos recibieron ondas de radio del centro de la Vía Láctea mediante un conjunto de antenas. A partir de entonces nació oficialmente la radioastronomía. En las décadas siguientes fueron «apareciendo» sucesivamente los púlsares, los cuásares, la radiación cósmica de fondo de microondas y las moléculas orgánicas interestelares.
A lo largo de los más de 80 años transcurridos desde su nacimiento, los propios radiotelescopios también han experimentado un rápido desarrollo. En 1955, el Reino Unido construyó el radiotelescopio orientable Lovell, de 76 metros de diámetro, en el Observatorio de Jodrell Bank, en Manchester. En 1972 se terminó el telescopio de Bonn, en Alemania, que era entonces el radiotelescopio totalmente orientable más grande del mundo, con una antena parabólica de 100 metros de diámetro.
En 1963 se terminó el radiotelescopio de Arecibo en la isla de Puerto Rico, en América Central, con un diámetro inicial de 305 metros, ampliado posteriormente a 350 metros. El ya veterano Arecibo sigue siendo el radiotelescopio de plato único más grande jamás construido en el mundo.
En 1974, para celebrar la finalización de su modernización, el telescopio de Arecibo envió una señal compuesta por 1,679 dígitos binarios al cúmulo globular M13, situado a 25,000 años luz de la Tierra; esta señal se conoce como el mensaje de Arecibo. En la parte inferior del dibujo también aparecía un icono de la «cocina solar», que mostraba cómo los seres humanos reciben y transmiten señales de radio.
Actualmente, además del proyecto chino «Ojo del Cielo» FAST, que está en marcha, se prevé que el proyecto SKA, cuyo nombre completo es «Radiotelescopio de Conjunto de un Kilómetro Cuadrado», comience dentro de dos años. Dai Shi, un joven astrónomo graduado en el Departamento de Astronomía de la Universidad de Pekín y que actualmente realiza una investigación posdoctoral en el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales (CASS) de la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth de Australia, es miembro del proyecto SKA.
Según él, el SKA estará compuesto por miles de antenas más pequeñas construidas en Australia y Sudáfrica, se prevé que entre en funcionamiento hacia 2030 y se espera que se convierta en el telescopio más grande de la historia de la humanidad.
