Receptores

Front End

El sistema de Front End de ALMA es el primer elemento en una cadena compleja de recepción, conversión, procesamiento y grabación de señales. Está diseñado para captar señales de diez bandas de frecuencia diferentes. Lejos, este sistema es superior a cualquiera existente. De hecho, productos derivados de los prototipos de ALMA están mejorando las sensibilidades de otros radiotelescopios en el mundo. Las unidades del Front End se componen de numerosos elementos, producidos en distintos lugares en Europa, América del Norte, Asia del Este y Chile.

Los criostatos: El elemento individual más grande del sistema Front End es el criostato y su criorefrigerador adjunto. Permite mantener los receptores a temperaturas extremadamente frías.

Los criostatos contienen receptores o bandas montados en cartridges o “cartuchos” y pueden ser instalados o reemplazados en forma relativamente fácil. La óptica “tibia”, la parte que se encuentra en la zona ‘menos fría’ del criostato, las ventanas y los filtros infrarrojos correspondientes fueron entregados por el Instituto de Radioastronomía Milimétrica de Francia (IRAM). La temperatura de operación de los criostatos es extremadamente baja, llegando a cuatro grados Kelvin (equivalente a ‑ 269 ºC).

Las bandas de frecuencias de los receptores: Cuando tenga sus 10 bandas incorporadas, ALMA medirá señales que van desde 8,6 mm a 0,32 mm. La siguiente tabla muestra las especificaciones de las bandas que pueden usar los astrónomos para observar con ALMA (disponible a partir de Ciclo 5, en construcción y en desarrollo):

Banda Longitud de Onda
(mm)
Frecuencia
(GHz)
1 8,6 – 6 35 – 50
2 4,6 – 3,3 65 – 90
3 3,6 – 2,6 84 – 116
4 2,4 – 1,8 125 – 163
5 1,8 – 1,4 163 – 211
6 1,4 – 1,1  211 – 275
7 1,1 – 0,8  275 – 373
8 0,8 – 0,6  385 – 500
9 0,5 – 0,4  602 – 720
10 0,4 – 0,3  787 – 950

Durante Ciclo O y Ciclo 1 las antenas estuvieron equipadas con cuatro bandas: Banda 3, Banda 6, Banda 7 y Banda 9. En Ciclo 2 se sumaron dos más: Banda 4 y Banda 8. Para Ciclo 3 y 4 se agregó Banda 10. Para Ciclo 5 se agregará Banda 5.

Las especificaciones técnicas de los diversos receptores son bastante exigentes y, en el momento de su definición, eran al nivel de vanguardia o incluso más allá. En algunos casos el rendimiento de estos receptores ha sido aún mejor que lo definido en las especificaciones.

Los centros de integración del Front End: Para la construcción de ALMA se requirió del consenso de los socios en varias decisiones organizacionales y directivas. Se estudiaron extensamente varios escenarios diferentes para montar e integrar los componentes del Front End, revelando que la mejor solución era un “enfoque paralelo”, instalando un Front End en Europa, otro en Norteamérica y otro en Taiwán con procedimientos idénticos. Este escenario fue preferido por consideraciones de logística, organización y programa.

El Centro de Integración del Front End (FEIC) europeo está ubicado en el Rutherford Appleton Laboratory, el norteamericano en NRAO y el asiático en Taiwán para realizar la integración de los ensamblajes del Front End requeridos para las antenas.

Los radiómetros de vapor de agua: Uno de los principales factores que limita la resolución (y en menor medida la sensibilidad) de los radiotelescopios de longitudes de onda milimétrica y submilimétrica son las fluctuaciones atmosféricas, en concreto, el vapor de agua. Esto se debe a la combinación de dos factores: su dispersión desigual en la atmósfera y su alto índice de refracción. Los Radiómetros de Vapor de Agua (WVR por su sigla en inglés) proveen una corrección de las fluctuaciones del vapor de agua atmosférico. Se desarrollaron dos WVR prototipos diferentes en la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y el Observatorio Espacial de Onsala (OSO, Suecia), siendo sometidos a pruebas intensivas en el Conjunto Submilimétrico (SMA por su sigla en inglés) en Mauna Kea, Hawái.

Back End

Los sistemas del Back End de ALMA convierten las señales análogas recibidas por las unidades del Front End instaladas en cada antena a señales digitales, enviando estas últimas al Correlacionador instalado en el Edificio Técnico del Sitio de Operaciones del Conjunto (AOS). El procesamiento de señales y la transferencia de datos se muestran en este esquema.

Diagrama esquemático del Procesamiento de Señales y Transferencia de Datos de ALMA desde el Front End al Correlacionador.

Los datos analógicos, producidos por la electrónica del Front End, se procesan y digitalizan antes de entrar en el codificador de datos, seguido por las unidades transmisoras por fibra óptica y los multiplexores. Todos estos elementos están instalados en las cabinas del receptor de cada antena. Las señales ópticas entonces son transmitidas por fibra al Edificio Técnico del AOS donde son demultiplexadas y deformateadas antes de entrar en el Correlacionador.

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