Participación en el diseño y la construcción de SKA

Composición artística del SKA por la noche mostrando SKA mid y SKA low (crédito: SKA Observatory). En la parte central se muestra una imagen de un PAF (crédito: CSIRO). Abajo a la izquierda se muestra un mapa con la red formada por los Centros Regionales del SKA (crédito: proyecto AENEAS), los cuales recibirán los datos del Procesador Científico de Datos.

La construcción y el diseño de los telescopios del SKA es un reto tecnológico sin precedentes, en el que trabajan conjuntamente más de 1000 científicos e ingenieros de más de 20 países y 270 instituciones de todos los continentes. Un total de 12 centros y 12 empresas españolas participaron en 8 de los 12 consorcios internacionales de diseño de SKA, desde el inicio de la etapa de diseño hasta el cierre de los consorcios una vez aprobado el System Critical Design Review (2013-2019): Antenas de Disco, Procesador Central de Señales, Transporte de Señales y Datos, Gestor del Telescopio, Procesador de Datos Científicos, Infraestructura Australia, Infraestructura Sudáfrica y Phased Array Feeds. Instituciones participantes: Barcelona Supercomputing Center (BSC), Fundación Centro de Supercomputación Castilla y León (FCSCL, ahora SCAYLE), Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC), Instituto de Física de Cantabria (IFCA-CSIC/UC), Instituto Geográfico Nacional (IGN-OAN), Plataforma Solar de Almería (PSA-CIEMAT), Univ. de Cantabria (UC), Univ. de Granada (UGR), Univ. Politécnica de Madrid (UPM), Univ. Pública de Navarra (UPNA), y Univ. Politécnica de Valencia (UPV). Empresas: Anteral, Aora Solar Spain, Arraela, CSP Sunless, Das Photonics, GMV, GTD, iGrid-TD, ISDEFE, Seven Solutions, Torresol Energy y TTI Norte.

Las tecnologías descritas a continuación han sido desarrolladas y aplicadas al proyecto SKA en dichas empresas y centros:

• Distribución de señales de frecuencia y tiempo: Desarrollo de la tecnología White Rabbit para la distribución de las señales de tiempo y frecuencia orientada a: i) mejorar la fiabilidad (x4); ii)l desarrollar un prototipo para soporte 10G tanto para datos como para sincronización; y iii) mejorar el firmware y las herramientas de gestión y monitorización de equipos, así como diferentes aspectos de interoperabilidad.
• Reproducibilidad científica: Contribución al desarrollo de tecnologías de Ciencia Abierta para los telescopios del SKA Observatory (SKAO), por ejemplo, estudiando cómo incorporar la información de Data Provenance del Procesador de Datos Científicos (SDP, por sus siglas en inglés) o la definición de los modelos de datos y la caracterización de los datos del SDP de forma que sean interoperables con los estándares del Observatorio Virtual.
• Receptores: Desarrollo de amplificadores criogénicos de bajo ruido para frecuencias entre 2,8-15,3 GHz.
• Phased Array Feeds (PAF): Desarrollo de alimentadores refrigerados criogénicamente utilizando tecnología basada en Tubos de Calor Pulsante (PHP, Pulsating Heat Pipes en inglés), que proporcionan una alta conductividad térmica y un aumento significativo de la eficiencia. Asimismo, se han desarrollado tecnologías para la rotación electrónica del cielo, para la monitorización y el control local del back-end digital y para las medidas del receptor que se aplicarán a la tecnología PAF.
• Plataformas científicas: Contribución a la construcción de la European Open Science Cloud (EOSC) y a la red internacional de Centros Regionales de SKA (SRCNet). El equipo del Prototipo Español de Centro Regional SKA (espSRC) está desarrollando y prototipando la distribución de datos para los archivos y los servicios JupyterHub, probando las pipelines de procesado de datos de los precursores y pathfinders de SKA, o estudiando la calidad de la transferencia de datos entre diferentes centros de investigación internacionales.
• Diseño FPGA: Desarrollo de un re-muestreador digital mediante FPGA (Field Programmable Gate Arrays) y diseño de sus algoritmos. Esto incluye también servicios de ensamblaje, integración y validación.
• Energías Renovables: Canalización de la experiencia tecnológica de España en el campo de energías renovables para que se den a conocer en el marco del SKAO. Se participó además en el proyecto europeo ‘Biostirling4SKA: Improved efficiency and cost reduction of solar dish systems, with a pilot application as renewable energy option for the SKA telescope (FP7-309028)’(link a documental realizado como parte del proyecto), liderado por una empresa española, orientado a estudiar la implementación de una nueva generación de plantas de discos solares de tipo Stirling basadas en hibridación y almacenamiento eficiente a escala industrial.

La construcción de los telescopios de SKA comenzó en julio de 2021, tras su aprobación por el Consejo del Observatorio. Esta fase durará unos 8 años y será ejecutada por etapas, desplegando una determinada funcionalidad en cada fase mediante la integración de nuevos subconjuntos de antenas o Array Assemblies (AA). La comunidad científica comenzará a utilizar estos AA a medida que vayan estando operativos, para realizar tanto verificaciones del instrumento en sí como de los datos científicos que genere (se espera que la primera ciencia comience en 2027). El Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MICIU) de España anunció la participación de España en esta etapa con una contribución inicial de 41,4 millones de euros para los primeros 10 años destinados a la construcción y operaciones de SKA. En marzo de 2023, el Consejo de Ministros aprobó la adhesión de España a la organización intergubernamental, y en junio del mismo año se hizo efectiva. Esto permite a la industria española optar a los diferentes contratos de construcción de los telescopios en diversas áreas, previamente acordados entre el Consejo de SKAO y España. Estas áreas incluyen sincronización y distribución de señales, la construcción de los subreflectores de las antenas SKA-Mid y diferentes elementos para los receptores de Banda 1 y Banda 5. Hasta 2024, los contratos de sincronización y distribución de señales y los de la electrónica de Banda 1 ya han sido adjudicados a dos compañías españolas y otras dos empresas han conseguido contratos de operaciones de manera competitiva. También se ha comenzado con el proceso de licitación del contrato para la construcción de los subreflectores y varias empresas ya han enviado propuestas.

Ejemplos de participación de la industria española en el proyecto SKA

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  Sistema de distribución de señal UTC para SKA-LOW y SKA-MID

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  Cámara de reverberación para pruebas con SKA-LOW

Créditos: SKA Observatory