INTREPID 500-20 este un sistem de antenă pentru stații terestre de 5.0 m, de generație următoare, conceput pentru operațiuni spațiale de înaltă precizie. Acesta combină o antenă parabolică completă cu focalizare principală, care funcționează până la 20 GHz, cu un sistem profesional de urmărire alt-az, îmbunătățit prin tehnologii proprietare precum FusionTCU, SpaceSyncAlign și AntennaHealthSTS, permițând control avansat, aliniere simplificată și monitorizare continuă a sistemului.
Sistemul de antenă pentru stație terestră 500-20 de 5.0 m dispune de o antenă parabolică completă cu focalizare principală, cu diametrul de 5 metri, concepută să funcționeze la frecvențe de până la 20 GHz. Aceasta o face o soluție ideală pentru comunicațiile spațiale în benzile S, X, Ku și Ka. O structură de susținere spate ranforsată asigură rigiditatea întregii antene parabolice atunci când este montată, prevenind deformarea și păstrând precizia de orientare. Acest design structural ajută, de asemenea, la menținerea profilului parabolic optim în timp.
Pentru o logistică ușoară și o implementare globală, antena este livrată în 12 panouri separate, permițând transportul și instalarea în întreaga lume. Cu viteze de rotire de până la 19°/s, acesta permite urmărirea fiabilă a sateliților în mișcare rapidă și pe orbita joasă a Pământului.
Tehnologia FusionTCU, cu unitatea de control al antenei de generație următoare N-ACU integrată direct în unitatea de control al motorului, permite operațiuni autonome, funcții avansate de siguranță și coordonare perfectă a tuturor subsistemelor de antenă. Tehnologia SpaceSyncAlign simplifică alinierea antenei la fața locului, în timp ce SystemHealthSTS monitorizează continuu motoarele, encoderele, parametrii de mediu și electrici pentru a maximiza fiabilitatea și timpul de funcționare.
Datorită diametrului său mare de 5 metri, antena poate genera sarcini semnificative pe sol. Este furnizat un proiect de referință pentru fundația din beton a sistemului de antene al stației terestre. Sistemul de antenă pentru stația terestră 500-20 de 5.0 m este integrat nativ cu platforma de control al misiunii Radio2Space, pe care am conceput-o special pentru a vă oferi o modalitate ușoară de a crea sau extinde segmentul terestru. INTREPID 500-20 este disponibil cu API-urile Radio2Space pentru a permite dezvoltatorilor să integreze fără efort funcționarea INTREPID stațiile terestre în rețelele lor de antene existente sau în sistemele software de control al misiunii.
Sistemul de antenă al stației de sol 500-20 este proiectat pentru a fi instalat pe o bază de beton cu o conductă subterană care conectează antena la camera de control sau la carcasa exterioară a rack-ului pe care clientul trebuie să o pregătească înainte de instalare. Imaginea de mai jos prezintă cablurile și conexiunile necesare pentru a conecta unitatea externă a antenei la camera de control sau la carcasa de rack exterioară.
Revoluția în Cosmologie și Undele Gravitaționale Primordiale
În anul 2014 o știre senzațională din domeniul cosmologiei făcea prima pagină a multor publicații din lumea întreagă. Probabil, asistăm la o adevărată revoluție în cosmologie. Este pentru prima oară când obținem indicii directe asupra unor fenomene care s-au produs imediat după Big Bang, iar aceste indicii ar putea deschide calea către Multivers.
Publicația britanică ”The Guardian” și-a folosit sursele și a dezvăluit că anunțul CfA este legat de rezultate obținute cu ajutorul instrumentului BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) instalat la Polul Sud. De mai multă vreme am senzația că știința intră în zona senzaționalismului ieftin. Se fac adesea anunțuri bombastice pentru a atrage, cu orice preț, atenția publicului. Știința nu are nevoie de așa ceva. Pentru ca rezultatele științei să ajungă în atenția publicului este nevoie de o foarte bună popularizare, și nu de un senzaționalism de doi bani.
Au urmat câteva zile de așteptare încordată până când, în ziua și la ora anunțată, a fost anunțată ”descoperirea majoră”. Deși zvonurile prezentate de The Guardian s-au adeverit întrutotul, anunțarea detectării undelor gravitaționale primordiale a reprezentat o surpriză de proporții.
Conform teoriei generale a relativității, gravitația este rezultatul curbării spațiu-timpului în prezența unei mase. Acum să ne imaginăm un sistem alcătuit din două obiecte masive relativ apropiate (de exemplu, două stele neutronice), care se rotesc în jurul centrului comun de masă. Deformarea spațiu-timpului însoțește deplasarea fiecăreia dintre ele. În acest caz particular se mai întâmplă ceva. Perturbarea spațiu-timpului se propagă sub forma unor ”unde gravitaționale”. Este un fenomen asemănător cu valurile produse pe suprafața apei de către o navă care se deplasează cu viteză mare. Dacă, în cazul unei nave, amplitudinea valurilor este suficient de mare pentru ca ele să fie vizibile cu ochiul liber, în cazul undelor gravitaționale amplitudinea oscilațiilor spațiu-timpului este extraordinar de mică, este chiar mai mică decât diametrul unui proton.
Până în prezent, existența undelor gravitaționale a putut fi confirmată numai indirect. În cazul de mai sus, în care vă rugam să vă imaginați două stele neutronice care se rotesc una în jurul centrului comun de masă, producerea de unde gravitaționale duce la scăderea energiei totale a sistemului. Asta face ca perioadele orbitale să scadă de-a lungul timpului cu o rată care poate fi calculată pe baza teoriei relativității. De la această idee au plecat Joseph Taylor și Russell Hulse, care în 1974 au identificat în galaxia noastră o asemenea pereche de stele neutronice, numită PSR 1913+16. Mai bine de un deceniu au urmărit, cu ajutorul undelor radio emise de cele două stele neutronice, variația perioadei orbitale a celor două obiecte cerești. Observațiile au confirmat predicția teoretică. Vreau să subliniez, prin repetiție, un aspect important: în acest caz vorbim despre o confirmare indirectă a undelor gravitaționale. Pentru o confirmare, sau detectare, directă a lor ar trebui să putem măsura oscilațiile spațiu-timpului produse de undele gravitaționale.
Așa cum vă spuneam mai devreme, amplitudinea acestor oscilații este extrem de mică și, pentru a le putea măsura, trebuie să împingem până la extrem tehnologia de care dispunem acum. În prezent se caută aceste unde gravitaționale cu ajutorul tehnicilor de interferometrie laser. Există mai multe observatoare de unde gravitaționale, dintre care cele mai importante sunt LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) în SUA, GEO 600 în Germania, Virgo în Italia și TAMA 300 în Japonia. Din păcate, nici unul dintre aceste observatoare de unde gravitaționale nu a oferit vreun rezultat concludent, până în 2014.
Este extrem de dificil, poate este chiar imposibil, pentru observatoarele terestre să detecteze undele gravitaționale. Nu uitați, deformările spațiu-timpului pe care ar trebui să le poată măsura aceste interferometre laser sunt mai mici decât dimensiunea unui proton! Până și agitația termică din interiorul componentelor acestor interferometre produce oscilații mai ample decât cele care trebuie să detectate. Din acest motiv, de mai multă vreme, se încearcă plasarea în spațiu a unui asemenea interferometru laser. Este vorba despre multamânatul (dacă vă place mai mult, multamânata) eLISA (evolved Laser Interferometer Space Antenna), telescopul pentru undele gravitaționale.
Prezentat simplu, acesta va fi un interferometru de tip Michelson-Morley. Undeva, la 50 de milioane de kilometri de Terra, într-un loc foarte liniștit, din punct de vedere gravitațional, profitând de faptul că brațele interferometrului vor fi lungi de câteva milioane de kilometri, LISA ar trebui să fie un punct de plecare pentru un nou capitol al astronomiei: astronomia bazată pe observarea undelor gravitaționale.
Gândiți-vă o clipă la această afirmație și, apoi, amintiți-vă că am spus că anunțul din 17 martie al CfA se referea la un un anumit tip de unde gravitaționale. Mă refeream mai devreme numai la sisteme alcătuite din două obiecte masive, care se rotesc în jurul centrului comun de masă. Un singur obiect ar putea produce unde gravitaționale?
Cam același lucru s-a întâmplat și în momentul de început al Universului, în clipa declanșării Big Bang-ului. Acestea reprezintă o importanță greu de supraestimat pentru cosmologie. În prezent nu avem nici un mijloc prin care să observăm direct primele momente ale Universului. În schimb, dacă avem o cale prin care să detectăm undele gravitaționale primordiale, atunci am putea avea o imagine bună a Universului începutului. Cosmologia ar trece, în acest domeniu, dincolo de teorie. Studierea undelor gravitaționale primordiale reprezintă un obiectiv prioritar pentru cosmologie.
Polarizarea Luminii și Semnalul Cosmic
Cea mai veche lumină a Universului pe care o putem observa datează din vremea în care acesta avea ”numai” vreo 380.000 de ani. Este vorba despre fondul cosmologic de radiații cosmice, descoperit în anii 1960 de către Arno Penzias și Robert Woodrow Wilson. Inițial acest fond cosmologic de radiații părea a fi perfect uniform, având o temperatură de circa 2,7K. Apoi, pe măsură ce instrumentele de observare s-au perfecționat, și, mai ales, pe baza măsurătorilor efectuate de către telescoapele spațiale Cobe, Wmap și Planck, s-au putut detecta fluctuații de temperatură, foarte mici, în acest fond cosmologic de radiații cosmice. Cu ajutorul informațiilor colectate până acum s-au putut stabili, cu o bună precizie, vârsta și ”rețeta” Universului.
Lumina este o radiație electromagnetică. Ea are două componente: una electrică și una magnetică. Lumina polarizată este folosită în cinematografele 3D. Pentru a realiza efectul stereoscopic, pe ecran sunt proiectate simultan, cu lumină polarizată, imaginile corespunzătoare ochiului stâng, respectiv ochiului drept. Pentru a le ”decodifica” dv. trebuie să purtați o pereche de ochelari, ai căror lentile sunt, de fapt, niște filtre de polarizare. Fiecare dintre acestea nu lasă să treacă decât lumina polarizată într-un anume fel, astfel încât să fie văzute numai imaginile corespunzătoare fiecărui ochi în parte. Pescarii se folosesc cu succes de filtrele de polarizare. Lumina reflectată de suprafața apei îi împiedică să vadă peștii din râu. Pe de altă parte, se știe că lumina reflectată este polarizată.
Undele gravitaționale primordiale produc polarizarea luminii. Astfel lumina care provine de la fondul cosmologic de radiații cosmice ar trebui să fie polarizată, dacă în timpul Big Bang-ului s-au generat unde gravitaționale. Când vorbim de polarizarea luminii ar trebui să o despărțim în două componente, în două moduri de polarizare. Astfel avem ”modul E” corespunzător câmpului electric și ”modul B” corespunzător câmpului magnetic. Altfel spus, pentru a detecta aceste unde gravitaționale generate în primele fracțiuni de clipă ale Universului, oamenii de știință trebuie să își îndrepte atenția asupra modului B de polarizare.
Din păcate detectarea acestui mod de polarizare a luminii provenite din fondul cosmologic de radiații este foarte dificilă. Această lumină vine de la mare distanță și, pe traseul parcurs până la detectoarele noastre, ea mai poate suporta procese de polarizare în modul B și din alte cauze, cum ar fi lentilele gravitaționale. Cercetătorii au fost nevoiți să depună o muncă migăloasă pentru a elimina orice altă cauză, decât cea a prezenței undelor gravitaționale primordiale, pentru polarizarea modului B. Iar rezultatele obținute, și comunicate pe 17 martie 2014, par a fi foarte clare. Pentru prima oară am detectat undele gravitaționale primordiale, pentru prima oară avem informații directe asupra primelor fracțiuni de moment din istoria Universului. Aceste rezultate, cu siguranță, vor deschide un nou capitol în cosmologie.
Dezvoltarea Tehnologiei BICEP2
Povestea a început în 2001. Doi astrofizicieni, Jamie Bock și Brian Keating, jucau obișnuita partidă de tenis. În timpul acestui meci Keating îl convinge pe Bock de importanța unui experiment pentru studierea polarizării fondului cosmologic de radiații cosmice. În acea vreme Bock lucra la Jet Propulsion Laboratory (JPL) la dezvoltarea unor detectoare care, dacă ar fi fost instalate la Telescopul de la Polul Sud, ar fi putut detecta modul B de polarizare a fondului cosmologic de radiații.
În 2006, la Telescopul de la Polul Sud, a fost instalată o primă versiune a detectorului BICEP1 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) care a funcționat până în 2008. Acest prim detector nu folosea tehnologiile pe care echipa lui Bock le dezvolta la JPL, dar, prin măsurătorile efectuate, a deschis calea către BICEP2.
John Kovac, cosmolog la Universitatea Harvard, spunea: ”Încă de la început am avut indicii serioase, dar am avut mult de muncă pentru a separa semnalul util de zgomot.” Cercetătorii erau obligați să își tempereze entuziasmul inițial. Se aflau în fața unei descoperiri, care ar putea duce la obținerea unui Premiu Nobel, dar orice anunț grăbit ar fi putut duce spre o adevărată catastrofă. S-ar fi pierdut bunul cel mai prețios al unui om de știință: credibilitatea. Din acest motiv au păstrat discreție absolută și s-au concentrat asupra posibilelor surse de erori.
Astronomul Christopher Sheehy, care s-a alăturat echipei BICEP2 în 2006, a declarat: ”Am verificat și am răsverificat, am realizat și simulări de înaltă fidelitate. Eram forțați să evaluăm fiecare instrument până la cel mai mic nivel de detaliu.” Cercetătorii au profitat de măsurătorile realizate, între 2006 și 2008, cu BICEP1. Cele două detectoare foloseau tehnologii complet diferite, așa că era foarte puțin probabil ca ambele să aibă aceleași tipuri de erori instrumentale. S-a mers și mai departe, iar rezultatele obținute cu BICEP2 au fost comparate cu cele obținute cu detectorul Keck Array, un alt instrument folosit pentru detectarea modului B de polarizare, care a început să funcționeze, din 2011, la Telescopul de la Polul Sud.
În aprilie 2013 echipa de cercetători s-a reunit, pentru trei zile, la Universitatea Harvard. Au fost zile pline. Rezultatele obținute au fost luate la tocat. Fiecare membru al echipei încerca să găsească explicații alternative pentru rezultatele obținute. În a doua zi a reuniunii echipei de cercetători a avut loc și atentatul din timpul maratonului de la Boston. Orașul a fost blocat complet și întrunirea care trebuia să se desfășoare în acea zi a fost anulată. Ceretătorii au fost nevoiți să poarte discuțiile prin telefon. Bock a remarcat: ”Unul credea că [rezultatele obținute sunt sigure] 80/20, altul că sunt 50/50. Dacă cineva spunea că semnalul nu este real era întrebat de ce crede asta.” Discreția de până la acest moment a devenit brusc secretomanie. Nici un indiciu, nici un zvon, nu trebuia să scape către lumea exterioară.
În păstrarea secretului echipa avea un avantaj important. Era una foarte mică, fiind alcătuită din numai circa 50 de cercetători, dintre care numai vreo 20 reprezentau nucleul de analiză al rezultatelor. A urmat luarea la puricat a datelor obținute. O muncă migăloasă și epuizantă. În decembrie 2013 toți membri echipei au căzut de acord: da, rezultatele obținute sunt reale și reprezintă modul B de polarizare a luminii provenite din modul cosmologic de radiații. Pe 12 martie 2014 a fost publicat anunțul CfA, care anunța o conferință de presă în ziua de luni, 17 martie.
Prima detectare vreodată a undelor gravitaționale
Materiale Dielectrice și Polarizarea
Materialele dielectrice (izolatoare) au o bandă interzisă energetic (EG) mare, de exemplu, 5 eV, ceea ce înseamnă că fenomenele de conducție (apariția curentului electric) sunt foarte slabe. Principalele tipuri de materiale dielectrice sunt:
- Materiale dielectrice solide organice - polimerii: polistiren, polietilenă, plexiglas, diflon, rășini, etc.
- Materiale dielectrice solide anorganice: mică, sticlă, materiale ceramice, pelicule din oxizi ai metalului.
Influența câmpului electric asupra dielectricului - polarizarea materialului
Un dipol electric este compus dintr-o pereche de sarcini electrice, de valori egale dar de semn opus, separate de o anumită distanță d. Dipolul electric este caracterizat printr-un moment electric elementar p - momentul dipolului. Momentul dipolului este un vector orientat de la sarcina negativă către cea pozitivă. Există dipoli induși și dipoli permanenți. Indiferent de tipul dipolului, atunci când se aplică un câmp electric materialului dielectric, dipolii se vor alinia după direcția câmpului. Când dipolii sunt aliniați, se spune că materialul este polarizat.
Polarizația electrică: caracterizează starea de polarizare a materialului dielectric; se măsoară în C/m².
Fenomenele de polarizare în dielectrici pot fi clasificate în:
- Polarizare temporară: starea de polarizare se menține numai pe durata aplicării sursei de polarizare (câmpul electric). Aceasta include:
- Polarizare electronică: Traiectoria electronului se modifică într-o elipsoidă, generând un moment electric elementar. Acest fenomen este prezent până la frecvențe de ordinul gigahertzilor.
- Polarizare ionică: În rețeaua cristalină a unui cristal ionic, la aplicarea unui câmp electric, ionii se deplasează generând o polarizare electrică nenulă. Fenomenul este prezent până la frecvențe de ordinul miilor de megahertzi.
- Polarizare de orientare: Se referă la orientarea dipolilor permanenți (de exemplu, moleculele de apă) pe direcția câmpului electric. Acest fenomen este lent, prezent până la frecvențe de ordinul sutelor de kilohertzi și este influențat de temperatură.
- Polarizare permanentă: O dată instalată, starea de polarizare se menține indiferent dacă asupra materialului se aplică sau nu sursa de polarizare. Aceasta include:
- Polarizare piroelectrică: specifică materialelor feroelectrice, unde există domenii macroscopice cu o stare de polarizare instalată.
- Polarizare piezoelectrică: caracterizează proprietatea materialelor dielectrice de a-și modifica starea de polarizare sub acțiunea unei forțe mecanice (efect piezoelectric direct) sau de a se deforma sub acțiunea unui câmp electric exterior (efect piezoelectric invers).
Prin urmare, înțelegerea polarizării sarcinii spațiale este esențială atât pentru dezvoltarea tehnologiilor avansate de comunicații spațiale, cât și pentru explorarea celor mai profunde mistere ale Universului, de la primele momente după Big Bang până la structura materialelor dielectrice.
tags: #polarizarea #sarcinii #spatiale