Hur man konverterar en parabol till ett radioteleskop

Om du befinner dig med en gammal 30 meter lång satellitkommunikationsantenn, vad ska du göra med den? Ett alternativ är att göra om det till ett radioteleskop, vilket är precis vad astronomer vid Auckland University of Technology i Nya Zeeland har gjort med en gammal maträtt som ligger runt i landets nordligaste delar.

Så vad exakt måste du göra för att konvertera en kommunikationsantenn till ett radioteleskop? Idag svarar Lewis Woodburn vid Auckland University of Technology och några kompisar på denna fråga genom att i detalj beskriva processen de har gått igenom för att göra omvandlingen.

Den gamla parabolantennen i fråga byggdes 1984 för New Zealand Post Office och överfördes till Telecom New Zealand 1987. År 2010 hade parabolen blivit föråldrad och företaget stoppade underhållet med avsikten att riva den. Det var då Auckland University of Technology klev in.

Vad de ärvde var långt ifrån ett toppmodernt radioteleskop. Rätten ligger nära en avlägsen township i den norra delen av Nya Zeelands nordön. Eftersom det bara ligger fem kilometer från havet var saltkorrosion ett stort problem, särskilt med tanke på bristen på nyligen underhåll.

Så lagets första uppgift var att rengöra diskservicen och byta ut rostiga bultar och utrustning. Särskilt motorerna som flyttar parabolen hade blivit rostiga och i alla fall gamla och ineffektiva.

Dessutom tillät skålens pekmekanism att skålen endast färdades genom ±170° jämfört med de ±270° som krävs för radioastronomi. Så kraftkablarna och metallkedjan som gjorde all denna styrning måste också bytas ut mot de längre för att möjliggöra denna extra rörelse. Skålen krävde också nya nödstoppskretsar för att förhindra att skålen rörde sig utanför dess mekaniska gränser.

Därefter tittade teamet på skålens kontrollsystem. Ursprungligen hade antennen ett par stora induktionsmotorer för svängning och en uppsättning små DC-servomotorer med extra utväxling för att spåra de små dagliga rörelserna hos geostationära satelliter. Teamet ersatte båda uppsättningarna motorer med en enda uppsättning DC-servomotorer med optiska axelkodare som fungerar både för svängning och spårning.

En av utmaningarna de stötte på var att designa ett styrsystem utan detaljerad kunskap om antennens mekaniska egenskaper, såsom dess styvhet, tröghet, vindbelastningar och så vidare. Däremot visade återinställningstester att systemet är stabilt med en servonoggrannhet på bättre än en milligrad under svaga vindförhållanden, säger Woodburn och co. Och de säger att det finns tillräcklig marginal för att förbättra prestandan under byigt väder, om det behövs.

Teamet använde också en laserskanner för att kartlägga formen på reflektorytan. All allvarlig skevhet kan ha en betydande inverkan på instrumentets noggrannhet. Formen är i allmänhet tillfredsställande. Resultatet av databehandling avslöjade dock en märkbar gravitationsdeformation av antennen, säger Woodburn och co. De säger att detta är resultatet av den vertikala höjd som krävs för att göra kartläggningen som placerar skålen i en vinkel på bara sex grader.

Att känna till den exakta formen bör göra det möjligt för astronomer att tillåta gravitationsdeformationer. Detta kräver dock att de räknar ut hur deformationen förändras med skålens höjd, något som teamet arbetar med just nu.

Slutligen försåg de skålen med de instrument som var nödvändiga för att upptäcka radiovågor från rymden. Skålen har en vågledare som skickar signalen in i byggnaden under teleskopet. I det här området sitter en ny mottagare designad för att matcha en vid radioteleskopet vid Jodrell Bank i Storbritannien, tillsammans med olika andra bitar som ett inspelningssystem och ett uppgraderat nätverk för att överföra data och kommunicera med andra radioteleskop när denna skålen fungerar som en del av en array.

Det är ett praktiskt nytt kit som borde ha betydande inverkan på den typ av radioastronomi som kan göras i Nya Zeeland. Teamet tänker sig att skålen kommer att fungera både som ett fristående instrument och även med andra rätter som en del av en radiointerferometer, även om viss uppgradering fortfarande krävs. Denna 30 meter långa antenn bidrar avsevärt till Nya Zeelands kapacitet inom radioastronomi med en stor yta och är ett mycket känsligt instrument som kan utföra betydande arbete med enstaka parabolantenner, säger Woodburn och co.

För övrigt är den Nya Zeelands maträtt inte den enda satellitkommunikationsantennen som konverterats för radioastronomi. Flera rätter av liknande storlek har konverterats i Australien, Japan och Afrika.

Fantastiskt vad man kan göra med en gammal metallklump som är planerad att rivas!

Ref: arxiv.org/abs/1407.3346 : Konvertering av Nya Zeelands 30 m telekommunikationsantenn till ett radioteleskop

Dölj