Совет директоров Атакамского большого миллиметрового/субмиллиметрового массива (ALMA) - международного сотрудничества, партнером которого является Национальная радиоастрономическая обсерватория Национального научного фонда (NRAO) - одобрил многомиллионные проекты по модернизации коррелятора второго поколения и цифровой системы передачи данных (DTS). В рамках модернизации широкополосной чувствительности ALMA2030 эти проекты направлены на удвоение и, в конечном итоге, на четырехкратное увеличение корреляционной полосы массива.
Центральное место в модернизации ALMA2030 занимает коррелятор ALMA второго поколения - "мозг" решетки - это тип суперкомпьютера, который объединяет отдельные сигналы от каждой антенны для создания изысканных изображений астрономических объектов. Новый коррелятор улучшит уже имеющуюся способность обрабатывать и объединять данные, повысит чувствительность астрономических изображений и гибкость их создания.
"Хотя нынешние корреляторы ALMA уже являются одними из самых быстрых суперкомпьютерных сигнальных процессоров в мире, коррелятор второго поколения будет способен производить в 200, а в конечном итоге в 400 раз больше данных в секунду, а также увеличит чувствительность, эквивалентную добавлению более 1000 часов наблюдений в год", - говорит Кристал Броган, научный сотрудник программы ALMA-Северная Америка и координатор программы развития ALMA в NRAO.
"Первоначальное расширение пропускной способности системы в два, а со временем и в четыре раза, повысит пропускную способность для всех областей науки ALMA от самых далеких галактик до нашей Солнечной системы". Коррелятор ALMA второго поколения также впервые обеспечит высокое спектральное разрешение при широкой полосе пропускания, что позволит получить беспрецедентное представление о кинематике и химии формирования звезд и планет".
Проект стоимостью 36 миллионов долларов США займет около шести лет и объединит в себе опыт ученых и инженеров Национального исследовательского совета Канады (NRC) в области аппаратного и встроенного программного обеспечения и опыт отдела управления данными и программного обеспечения NRAO. Кроме того, специалисты обсерватории Haystack Массачусетского технологического института будут помогать в реализации и тестировании аспектов фазированной решетки нового коррелятора. Проект возглавляет Североамериканский отдел ALMA NRAO.
"Новый коррелятор закладывает основу для остальной части программы повышения чувствительности широкополосных спутников (WSU). С утверждением проекта WSU перешел от планов к строительству. Международное сотрудничество ALMA будет работать вместе для реализации этого проекта, и к концу этого десятилетия мы увидим результаты в виде новых удивительных научных исследований", - сказал Фил Джуэлл, директор ALMA-Северная Америка.
Модернизированная цифровая система передачи данных (DTS) - сотрудничество между Центральной лабораторией разработки (CDL) NRAO и Национальной астрономической обсерваторией Японии (NAOJ), которая также является партнером ALMA - будет действовать как расширенная информационная магистраль, увеличивая объем данных, которые могут проходить от каждого из модернизированных приемников ALMA к модернизированному коррелятору в восемь раз.
"DTS - это захватывающее сотрудничество с нашими коллегами из NAOJ, которое обеспечит более мощный цифровой путь для данных от модернизированных приемников к центральному сигнальному процессору ALMA Talon. Проект использует наш опыт в области фотоники и цифровой обработки сигналов и будет построен с использованием самого современного оборудования, что позволит получить широкий спектр улучшений", - сказал Берт Хокинс, директор CDL.
Альваро Гонсалес, руководитель программы ALMA в Восточной Азии в NAOJ, добавил: "Новый DTS ALMA2030 будет основан на последних стандартах высокоскоростной передачи данных и максимально использует коммерчески доступные технологии. В рамках сотрудничества между NAOJ и NRAO мы объединим лучшие аспекты технологий и ноу-хау двух партнеров. DTS будет разработана для поддержки цели увеличения в 4 раза мгновенной пропускной способности приемников ALMA, а также для возможного увеличения расстояния между антеннами примерно до 75 км для улучшения углового разрешения".
Фаза 1 модернизации DTS, утвержденная на сумму ~ 800 000 долларов США, предусматривает создание прототипа новой сквозной системы к 2026 году, за которым последует предложение по Фазе 2.
Центральная роль NRAO и NA ALMA в модернизации ALMA2030 выходит за рамки коррелятора и DTS и включает в себя переоборудование Центра поддержки операций для размещения и эксплуатации нового коррелятора, дополнительной инфраструктуры и вспомогательных систем, а также модернизацию приемника. CDL уже начала работу по модернизации 1,3-мм (Band 6) приемников ALMA после получения одобрения и финансирования первой фазы в конце 2021 года. Прототип приемника Band 6v2 ожидается в 2025 году, что позволит создать полностью обновленный набор приемников Band 6 для ALMA, который увеличит количество и качество научных данных, измеренных в диапазоне длин волн от 1,4 мм до 1,1 мм.
По завершении ALMA2030 будет проведена модернизация большинства приемников ALMA, что приведет к увеличению пропускной способности и чувствительности, полной замене цепи цифрового сигнала ALMA - оцифровщика, цифровой системы передачи и коррелятора - и установке новых оптоволоконных кабелей, соединяющих операционную площадку ALMA с центром поддержки операций, а также разработке соответствующего программного обеспечения для управления, сбора и обработки данных.
"ALMA, и без того чрезвычайно мощная обсерватория, раскрыла секреты протопланетных дисков и невидимого газа и пыли, которые способствуют формированию звезд, планет и галактик. Эти обновления помогут нам видеть дальше, чем когда-либо прежде, и обрабатывать эту информацию быстрее и четче", - сказал директор NRAO Тони Бисли. "С каждой модернизацией мы буквально строим будущее радиоастрономии".
Директор ALMA Шон Догерти добавил: "Это очень волнующий момент для ALMA. Утверждение этих двух основных компонентов проекта модернизации широкополосной чувствительности - новой системы передачи данных и перспективного коррелятора - чрезвычайно расширит научные возможности ALMA во всех областях науки".
"Этот захватывающий проект гарантирует, что ALMA будет продолжать работать и предоставлять фантастические наблюдения", - говорит Джо Пеше, руководитель программы NSF для ALMA. "Расширение возможностей, обеспечиваемое модернизированным коррелятором, приведет к новым открытиям о нашей Вселенной и развитию науки".
"Этот проект значительно улучшит чувствительность, гибкость и эффективность телескопа", - говорит Брент Карлсон, научный сотрудник Центра астрономии и астрофизики имени Герцберга НРК и главный исследователь проекта коррелятора НРК.
"Коррелятор ALMA второго поколения позволит мгновенно получать гораздо больше спектральной информации от радиоисточников, что даст ученым доступ к колоссальному объему новых данных. Возможность эффективно проводить спектральное сканирование с таким высоким разрешением является беспрецедентной и позволит ALMA оставаться на переднем крае научных открытий".
