La Universidad de Granada participa en el diseño del radiotelescopio más grande del mundo

• «La precisión de la sincronización es realmente alucinante, ¡la precisión es mucho mejor que una mil millonésima de milésima de segundo!», señala el líder del Consorcio Keith Grainge, profesor de la Universidad de Manchester

El consorcio internacional Signal and Data Transport (SaDT) ha concluido su trabajo para diseñar el complejo sistema de redes que forma la columna vertebral de la infraestructura Square Kilometer Array (SKA), un proyecto científico para construir el radiotelescopio más grande del mundo.

Investigadores de la Universidad de Granada (UGR) han formado parte del consorcio SaDT, un elemento vital para el telescopio, que ha sido dirigido por el grupo Jodrell Bank Center forAstrophysics (JBCA) en la Universidad de Manchester en el Reino Unido, como parte de un consorcio que reunió a 15 organizaciones diferentes repartidas en ocho países.

Además del grupo de la Universidad de Granada del departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores, otros miembros del consorcio SaDT fueron: en Australia,la Organización de Investigación Científica e Industrial del Commonwealth de Australia (CSIRO), la Red de Investigación y Académica de Australia (AARNet) y la Universidad de Australia Occidental (UWA); En China, la Universidad de Tsinghua; En Índia, el Centro Nacional de Radio Astrofísica (NCRA); En los Países Bajos, el Instituto Conjunto para VLBI en Europa (JIVE);En Portugal, el Instituto de Telecomunicações (IT); En Sudafrica, el Observatorio de Radio Astronomía de Sudáfrica (SARAO), la Universidad Nelson Mandela (NMU), la Red Nacional de Investigaciones de Sudáfrica (SANReN) y el Instituto Nacional de Metrología de Sudáfrica (NMISA); en Reino Unido participaron la Universidad de Manchester y NationalPhysicalLaboratory (NPL) y a nivel europeo la red GÉANT.

La actividad del consorcio en el que ha participado la UGR se ha centrado en el reto de diseñar un sistema de comunicaciones que se requerirá para transportar cantidades de datos sin precedentes a largas distancias, al tiempo que se aseguran de que las señales estén sincronizadas de manera que permitan que el conjunto de antenas operen juntas como un solo telescopio, lo que representa un gran desafío dado el gran número de elementos repartidos a lo largo de cientos de kilómetros.

Durante cuatro años y medio de colaboración, los miembros del consorcio fueron responsables del diseño de las distintas redes de comunicaciones de SKA. Las tasas de datos involucradas son enormes, en total equivalentes a aproximadamente un tercio del tráfico completo de Internet de todo el mundo. Además, SaDT también diseñó una red que conecta todas las ubicaciones de los telescopios y transporta la información de monitorización y control de los telescopios, junto con el tráfico de comunicaciones de carácter general. Todo ello ha representado un reto científico y tecnológico sin precedentes.

En SaDT, el grupo de trabajo de la Universidad de Granada centró su trabajo dentro de las actividades de trabajo de SAT (Synchronization and Timing). En SAT se diseñó el ensamble de reloj y del sistema de distribución de frecuencia (realizado por la Universidad de Australia Occidental (UWA) para los platos SKA-mid en Sudáfrica y por la Universidad Tsinghua para las antenas SKA-Lowen Australia). Además, en SAT se desarrolló el sistema de distribución de tiempo de SKA para distribución de las señales PPS (Pulse Per Second) a cada una de las antenas utilizadas en los distintos tipos de elementos de forma que se pudiera garantizar un mismo valor del tiempo de inicio en las operaciones realizadas en todas las antenas.

El diseño propuesto por la Universidad de Granada se ha realizado en colaboración con la empresa Seven Solutions utilizando una nueva solución de la tecnología de sincronización conocida como White-Rabbit y surgida originalmente por el CERN y en la que España juega un papel de liderazgo internacional. El diseño fue validado por miembros de JIVE como solución de referencia y propuesto por el consorcio SaDT como solución base para la futura construcción de SKA.

«La escala de SKA ha sido un gran desafío. El consorcio ha hecho un gran trabajo para llegar a esta etapa y superar increíbles dificultades técnicas», afirma el gerente de Proyectos de Organización de SKA para SaDT, André van Es. «La sincronización que debemos lograr es un reto no solo por las grandes distancias que debemos cubrir, sino también por las condiciones ambientales que afectan las señales en su camino desde las antenas a las instalaciones de procesamiento, tenemos que compensar todo esto. »

«La precisión de la sincronización es realmente alucinante, ¡la precisión es mucho mejor que una mil millonésima de milésima de segundo!», señala el líder del Consorcio Keith Grainge, profesor de la Universidad de Manchester. «Como ejemplo, incluso la luz, que es lo más rápido que existe, viajará menos de un milímetro en este tiempo».

«Estoy muy orgulloso de todo el equipo», agregó el profesor Grainge. «Me gustaría agradecer a todos los miembros del consorcio por su excelente trabajo para diseñar este complejo conjunto de redes y sistemas de sincronización; no es nada fácil ya que estamos hablando del ¡mayor radiotelescopio del mundo!

“La solución de distribución temporal desarrollada no sólo es capaz de conseguir errores de transferencia de tiempo menores de dos nanosegundos sino que además lo hace usando redes de Ethernet de fibra óptica convencional colgadas de postes en el desierto, con grandes cambios de temperaturas y con distancias superiores a 100Km. ¡Conseguir esas prestaciones en una condiciones climáticas tan extremas ha sido un reto científico sin precedentes!”, indicó Javier Díaz, responsable en la Universidad de Granada de la contribución española a SaDT.

SaDT fue uno de los 12 consorcios internacionales de ingeniería que se formaron en noviembre de 2013, representando a 1000 ingenieros y científicos en 20 países distintos. Nueve de los consorcios se enfocaron en un componente central del telescopio, todos críticos para el éxito general del proyecto, mientras que otros tres están desarrollando instrumentación avanzada para el telescopio.Los nueve consorcios están realizando revisiones de diseño crítico (CDR) en 2018 y 2019. En esta etapa final, el diseño propuesto es examinado en detalle por un panel de expertos internacionales y debe cumplir con los estrictos requisitos de ingeniería del proyecto para ser aprobado, de modo que se pueda desarrollar propuesta de construcción para el telescopio.

Si bien este hito conseguido significa que el consorcio SaDT se disuelve formalmente, la Organización SKA continuará trabajando con las instituciones seleccionadas dentro de los países participantes durante el período de transición que comienza ahora, confiando en su experiencia a medida que el proyecto avanza hacia la construcción.

SKA

El proyecto Square Kilometer Array (SKA) es un esfuerzo internacional para construir el radiotelescopio más grande del mundo, dirigido por la Organización SKA con sede en el Jodrell Bank Observatory cerca de Manchester. El SKA conducirá la ciencia de la transformación para mejorar nuestra comprensión del Universo y las leyes de la física fundamental, escrutar el cielo con un detalle sin precedentes y cartografiarlo cientos de veces más rápido que cualquier instalación actual.

Esquema de sincronización del SKA (UGR).

El SKA no es un solo telescopio, sino una colección de telescopios o instrumentos, llamados conjuntos, que se extienden a grandes distancias. El SKA se construirá en dos fases: Fase 1 (llamada SKA1) en Sudáfrica y Australia; La fase 2 (llamada SKA2) se está expandiendo a otros países africanos, y el componente en Australia también se está expandiendo.

Actualmente el proyecto SKA está apoyado 12 países miembros – Australia, Canadá, China, Francia, India, Italia, Nueva Zelanda, Sudáfrica, España, Suecia, los Países Bajos y el Reino Unido. La Organización SKA ha reunido a algunos de los mejores científicos, ingenieros y expertos del mundo,el apoyo de los responsables políticos y más de 100 empresas e instituciones de investigación de 20 países del mundo para el diseño y desarrollo del telescopio.

España participa en actividades relativas al SKA desde los años 90. Actualmente, 28 investigadores de 11 centros españoles participan en 9 de los 11 principales grupos científicos del SKA, y 119 investigadores de 40 centros españoles han participado en el Libro Blanco Español del SKA.

En el proyecto SKA colaboran más de 20 centros de investigación y empresas españoles que han contribuido a los esfuerzos de diseño del SKA en 7 consorcios internacionales (Discos, Transporte de Datos y Señales, Procesador Central de Señales, Procesador de Datos Científicos, Gestión del Telescopio, Infraestructuras Sudáfrica e Infraestructuras Australia).En junio de 2018, España se convirtió en el undécimo país miembro de la organización de SKA.

En este marco realiza su investigación los integrantes del Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores responsables de la participación española en SaDT. Las principales líneas de investigación del departamento están relacionadas con la computación de altas prestaciones, los sistemas empotrados, la ingeniería neuronal y elcontrol y monitorización avanzada. Esta actividad se canaliza mediante la participación activa en diversos proyectos nacionales y europeos así como en la colaboración la industria líder de distintos sectores en numerosos proyectos de transferencia de conocimiento, situando al departamento en un referente internacional de investigación y transferencia altamente especializada y de calidad.