Struttura dell'Antenna
Fondamenta
Fondamenta, scavo
SRT sarà installato su fondamenta di cemento armato che prevedono uno scavo di 40 metri di diametro e 6.5 metri di profondità.
Le fondamenta sono costituite da una struttura a raggiera, i cui spazi vuoti sono stati riempiti sul posto. Al centro è previsto un alloggiamento ottagonale per il passaggio dei cavi e per l'installazione del cuscinetto che consentirà i movimenti in azimuth di SRT. Le fondamenta sono state completate ad Aprile 2006
Fondamenta, struttura a raggiera (progetto)
Fondamenta, struttura a raggiera (progetto)
Alidada
La travatura d’acciaio è alta circa 30 metri e supporta le strutture di sostegno del complesso sistema di specchi.
Pre-montaggio dell'alidada
presso il cantiere egiziano
Uno dei 24 pezzi costituenti la rotaia
Rotazione in Azimuth
La rotaia per il puntamento in azimuth consente la rotazione di tutta la struttura supportandone l'intero peso (circa 3000 tonnellate). Ha un diametro di circa 40 metri e appoggia sulle fondamenta tramite un'apposita interfaccia di accoppiamento costituita da grout (un particolare cemento rinforzato con sottili anelli di acciaio). Il sistema di rotazione si basa su 16 ruote di cui 8 motrici. L’escursione prevista per la rotazione della struttura mobile dell’antenna è di ±270° a una velocità massima di 0.85÷0.425 °/sec a seconda del vento presente.
Rotazione in Elevazione
La ruota per il puntamento in elevazione è costituita da una travatura di forma conica solidale con lo specchio primario. Ruotando attorno all'asse di elevazione consente di completare il puntamento, trascinando con sé tutta la parte superiore dell’antenna (circa 1600 tonnellate). L’escursione prevista è di 5÷90 ° a una velocità massima di 0.5°/sec
Specchio Primario
Il riflettore primario, di 64 metri di diametro, è costituito da 1008 pannelli di alluminio (RMS ≤ 65 μm) sorretti da una travatura reticolare posteriore. Al vertice dello specchio è previsto l'alloggiamento per la strumentazione relativa al fuoco gregoriano e per un ulteriore sistema ottico (BWG).
| Pannelli specchio primario | ||||
|---|---|---|---|---|
 |
||||
| C1 (mm) | D1 (mm) | D2 (mm) | ||
GIRO 1 |
Pannello 1 |
1670 |
1214 |
1646 |
GIRO 2 |
Pannello 2 |
1827 |
1646 |
2117 |
GIRO 3 |
Pannello 3 |
2165 |
1061 |
1337 |
GIRO 4 |
Pannello 4 |
2166 |
1337 |
1611 |
GIRO 5 |
Pannello 5 |
2227 |
1611 |
1889 |
GIRO 6 |
Pannello 6 |
2229 |
1889 |
2163 |
GIRO 7 |
Pannello 7 |
2313 |
1082 |
1221 |
GIRO 8 |
Pannello 8 |
2316 |
1221 |
1359 |
GIRO 9 |
Pannello 9 |
2070 |
1359 |
1479 |
GIRO 10 |
Pannello 10 |
2073 |
1479 |
1597 |
GIRO 11 |
Pannello 11 |
2140 |
1597 |
1717 |
GIRO 12 |
Pannello 12 |
2141 |
1717 |
1835 |
GIRO 13 |
Pannello 13 |
2241 |
1835 |
1956 |
GIRO 14 |
Pannello 14 |
2632 |
1956 |
2094 |
Shaping
La configurazione base dell'antenna è di tipo gregoriano shaped, che prevede lo specchio primario "quasi parabolico" e lo specchio secondario "quasi ellittico". La combinazione delle due curve non classiche permette infatti, rispetto alla configurazione standard, una migliore illuminazione del fuoco gregoriano.
Configurazione shaped, illuminazione dei fuochi
La configurazione shaped crea una zona di campo nullo nella regione centrale dello specchio primario, che subisce il bloccaggio da parte dello specchio secondario. Il campo quindi si ridistribuisce nella regione non bloccata, migliorando l'efficienza di illuminazione.
Confronto tra l'illuminazione della configurazione classica (a sinistra) e shaped (a destra)
Inoltre la configurazione shaped consente, come mostrato nel grafico seguente, di sotto-illuminare il bordo del subriflettore.
Illuminazione dello specchio, il punto 0 è riferito al vertice del riflettore
Questa scelta, che risulta dalla combinazione delle curvature dei due specchi, ottimizza quindi le osservazioni in fuoco gregoriano e Beam Wave Guide. D'altro canto tuttavia vengono penalizzate le osservazioni in fuoco primario, per le quali viene utilizzato il solo riflettore. In questo caso si prevede di modificare la geometria dello specchio primario utilizzando le tecniche attive e realizzando il profilo parabolico classico, che, solo in questo caso, risulta preferibile al profilo shaped.
Superficie attiva
Al fine di utilizzare SRT alle frequenze più alte (23÷100 GHz), sul retro del riflettore primario saranno installati 1116 attuatori elettromeccanici che, agendo sui singoli pannelli, permetteranno di compensare tutte le possibili fonti di deformazione della superficie. In particolare :
Efficienza normalizzata per le osservazioni in fuoco primario
in configurazione classica e shaped.
- Effetti gravitazionali : è stato eseguito uno studio strutturale (FEA – Finite Element Analysis) che definisce, per ogni angolo di elevazione, le variazioni della geometria dell’antenna dovute al suo stesso peso.
- Vento e gradienti termici : verranno distribuiti sulla superficie dei sensori di pressione, inoltre su alidada e quadrupode saranno installati dei sensori di temperatura. In base ai dati raccolti verrà effettuato uno studio sul comportamento dell’antenna in seguito ai gradienti termici e alla pressione del vento.
Un sistema di controllo costituito da una o due coppie di inclinometri elettronici consentirà di avere misure dirette sullo stato della struttura. Componendo i dati dei sensori con un’analisi FEA si potranno associare alle varie condizioni climatiche le deformazioni relative dello specchio primario, quindi, una volta quantificate le degradazioni, sarà possibile recuperarne gli effetti in termini di accuratezza superficiale ed errore di puntamento. I parametri di correzione dovranno dunque compensare sia la forza peso esercitata dalla struttura (errori sistematici) sia le deformazioni indotte dai gradienti termici locali e dalla pressione del vento (errori non sistematici). Nella tabella sottostante gli obiettivi in termini di accuratezza superficiale dei pannelli dello specchio primario.
| RMS da analisi strutturale (Fila 14) | ||||
|---|---|---|---|---|
|
Normale |
Normale |
Precisione |
Note |
|
Vento 0 Km/h (μm) |
Vento 30.5 Km/h (μm) |
Vento 11.5 Km/h (μm) |
|
Gravità |
67 |
67 |
67 |
|
Vento |
0 |
30 |
4 |
|
Gradienti termici |
11 |
11 |
11 |
±30°C intorno a 20° |
Il sistema di recupero delle deflessioni gravitazionali è in fase di test dal 2001 presso la parabola di 32 m di Noto, consentendone l’utilizzo fino a 43 GHz. Guarda il link
| Caratteristiche degli attuatori | ||
|---|---|---|
 |
Peso |
8.5 kg |
Dimensioni |
280 x 185 x 288 mm |
|
Corsa |
30 mm |
|
Accuratezza massima di posizionamento |
± 0.015 mm |
|
Carico assiale operativo |
250 kg |
|
Carico radiale operativo |
100 kg |
|
Carico assiale massimo |
1000 kg |
|
Carico radiale massimo |
700 kg |
|
Velocità |
0.36 mm/s |
|
Alimentazione |
115 VAC |
|
Comunicazione |
RS485/LAN |
|
Temperatura di utilizzo |
-10°C ÷ 60°C |
|
Consumo in fase operativa |
16/23 VA |
|
Consumo in stand-by |
4 VA |
|
Vita media |
20 Anni |
|
Quadrupode e Specchio Secondario
Il subriflettore è uno specchio gregoriano shaped di 8 metri di diametro e con un peso complessivo di circa 8000Kg.
È supportato tramite 6 attuatori lineari in una configurazione particolare di esapode che prevede 3 attuatori nella direzione Z (asse del paraboloide), 1 nella direzione X (parallelo all’asse di elevazione) e 2 nella direzione Y (ortogonale alla direzione X).
| RMS da analisi strutturale (Fila 2) | ||||
|---|---|---|---|---|
|
Normale |
Normale |
Precisione |
Note |
|
Vento 0 Km/h (μm) |
Vento 30.5 Km/h (μm) |
Vento 11.5 Km/h (μm) |
|
Gravità |
3.6 |
3.6 |
3.6 |
|
Vento |
0 |
4 |
0.6 |
|
Gradienti termici |
9.3 |
9.3 |
9.3 |
±30°C intorno a 20° |
| Panels of subreflector mirror | |||
|---|---|---|---|
Panel N° |
QUANTITY |
SURFACE |
WEIGHT |
|
|
m2 |
Kg |
1 |
1 |
0.78 |
33 |
2 |
12 |
0.75 |
16 |
3 |
12 |
1.45 |
26 |
4 |
24 |
1.26 |
23 |
Il posizionatore è dotato di sistemi elettromeccanici per il movimento dei feeds lungo i 3 assi di riferimento, consentendo l’inseguimento della posizione focale ottimale.
Errori di Puntamento
Il recupero degli errori di puntamento dovrà essere tanto migliore quanto più elevata sarà la frequenza di osservazione, ovvero quanto più stretto sarà il beam dell'antenna. In generale ci si può attenere alla seguente :
δp = errore di puntamento
HPBW = larghezza del beam a -3 dB (livello di metà potenza del lobo principale) Per quanto riguarda SRT sono indicativi i valori elencati nella seguente tabella :
| Beam ed errore di puntamento | ||
|---|---|---|
Frequenza (GHz) |
HPBW (“) |
Errore (“) |
22 |
50 |
≤5 |
100 |
11 |
≤1 |
Le cause che determinano l’errore di puntamento complessivo sono:
- Accuratezza del servosistema di comando dell’antenna.
- Errori sistematici di allineamento meccanico ed elettromagnetico delle varie parti strutturali montate e dei feeds.
- Errori non sistematici, tipicamente dovuti alla pressione del vento e a gradienti di temperatura.
Il servosistema sarà intrinsecamente molto accurato, in modo che il suo contributo all’errore totale sia trascurabile (inferiore all’arcosecondo, almeno nelle condizioni di precisione). Per quanto riguarda gli errori sistematici, tali valori sono tipicamente molto alti, dell’ordine di alcuni minuti d’arco. Tuttavia, tali errori sono stimabili con campagne di osservazioni astronomiche ad hoc (osservazione di radiosorgenti standard di riferimento), atte a quantificarli in funzione della posizione (Az/El) dell'antenna e a descriverli all'interno di un modello matematico complessivo. Una volta determinati sarà possibile quindi rimuoverli quasi completamente. Per quel che concerne gli errori non sistematici, sarà necessario fare ricorso alle tecniche attive di correzione. E’ attualmente in fase di studio la possibilità di integrare SRT con un sistema ottico di puntamento, che permetterebbe l’elevata stabilità necessaria per osservare alle frequenze più alte.
Condizioni di Osservazione
Sarà possibile osservare alle alte frequenze (22÷100 GHz) solo nelle condizioni Precisione e Normale.
| Condizioni di Osservazione | ||
|---|---|---|
Parametri |
Specifiche |
|
Precisione |
Vento |
< 15 km/h |
Sole |
Assente |
|
Precipitazioni |
Assenti |
|
Temperatura |
-10 ÷ 30 °C |
|
Escursione termica |
< 3 °C/h |
|
Umidità |
< 85 % |
|
Normale |
Vento |
< 40 km/h |
Sole |
Sereno |
|
Precipitazioni |
Assenti |
|
Temperatura |
-10 ÷ 40 °C |
|
Escursione Termica |
< 10 °C/h |
|
Umidità |
< 90% |
|
Estremo |
Vento |
< 80 km/h |
Sole |
Sereno |
|
Precipitazioni |
< 1 cm/h |
|
Temperatura |
-15 ÷ 50 °C |
|
Escursione termica |
Qualunque |
|
Umidità |
< 100 % |
|
Accuratezza Superficiale
Fase 1 : Termine dei lavori di installazione dell'antenna.
Fase 2 : Implementazione del sistema olografico per la misura dell'allineamento dei pannelli costituenti lo specchio primario.
| Accuratezza superficiale | ||
|---|---|---|
Elementi Strutturali |
Fase 1 (RSS μm) |
Fase 2 (RSS μm) |
Pannelli specchio primario |
72 |
72 |
Allineamento pannelli primario |
150 |
50 |
Struttura di sostegno specchio primario |
40 |
40 |
Attuatori superficie attiva |
20 |
20 |
Pannelli subriflettore |
50 |
50 |
Allineamento pannelli subriflettore |
40 |
40 |
Struttura di sostegno pannelli subriflettore |
22 |
22 |
Accuratezza di superficie complessiva |
185 |
119 |
Per quantificare l'errore di fase relativo all'accuratezza di superficie si utilizza la seguente :
δ = accuratezza superficiale
λ = lunghezza d'onda di osservazione
In genere si assume come errore di fase massimo accettabile ε = 36° = 0.63 rad da cui si deduce una minima λ di lavoro pari a :
Per SRT si ottiene :
Valori calcolati rispettivamente per il δ complessivo relativo alla fase 1 e alla fase 2.
Puntamento
| Precisione di puntamento | |
|---|---|
Condizione di osservazione |
Precisione di puntamento (rms arcsec) |
Normale |
11 ÷ 2.7 |
Precisione |
5 ÷ 1.8 |