Проект радиотелескопа с перспективой использования в образовательных учреждениях

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Московской области «Колледж «Угреша»

140090, г.Дзержинский, ул. Академика Жукова д.24 1, 8(495)551-17-00,E-mail:center@uni-u.ru

_____________________________________________________________________________________

ОБЛАСТНАЯ СТУДЕНЧЕСКАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

«Мир уникальных людей»

Секция№ 2 «Научно-техническая»

Доклад на тему «Проект радиотелескопа с перспективой использования в образовательных учреждениях»

Работу выполнил

_____2ИС1-19______

Лебедев Федор Андреевич

Руководитель

Ильина Татьяна Васильевна

Преподаватель Физики и Астрономии

Дзержинский

2020г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ………………………………………………. 3

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ……………………………………... 4

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………… 7

4. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………….. 8

ВВЕДЕНИЕ

«Может еще рановато, может час еще не настал. Но иные миры, заветные и неслыханные возможности, манят. Они безмолвно вращаются вокруг Солнца. И ждут…» - ГАК

Радиоастрономия берет свое начало с 1931 года и по сей день является чрезвычайно важным направлением астрономии в целом. Электромагнитное излучение может предоставить данные, которые на других диапазонах мы не сможем получить. За последние 10 лет с помощью радиотелескопов было произведено множество прорывов, главные из которых: фотография тени черной дыры M 87*, обнаружение вероятных маркеров жизни, таких как Фосфин и Глицин в атмосфере Венеры, а также нахождение первого бурого карлика. Популяризация данной части астрономии, позволит более обширно получать данные от любителей для проверки этих объектов.

Целью разработки проекта является проработка и создание радиотелескопов любительского уровня, и соединение их в интерферометрическую сеть. Наблюдение будет проводиться на частоте 1420 МГц, так же известную как «Водородная линия». Она позволяет производить наблюдение за всеми астрономическими объектами. Приемная способность радиотелескопа будет способна принимать и анализировать сигналы радиоисточников таких как: Солнце, Сатурн, Юпитер, черная дыра Стрелец А*, радиогалактику M87 и т.д. Бюджет создания радиотелескопа сопоставим со стоимостью обычного любительского телескопа, что позволит большому количеству заинтересованных в астрономии людей создать радиотелескоп данного типа.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Создание радиотелескопа начинается с выбора антенны. В радиоастрономии работают процессы, похожие на процессы в оптике, поэтому, чем больше размер антенны, а, следовательно, больше площадь отражения волн от параболы, тем меньше угловое разрешение, что позволяет распознать близко расположенные объекты. Большее предпочтение стоит уделять прямофокусной параболической антенне диаметром более 1 метра. Использование офсетной параболической антенны или иных видов антенн допустимо при возможности принимать волну 1420 МГц (21см). Проведя расчеты спутниковых тарелок, используя формулу ө = 4200'*(λ/D), где λ – длинна волны, а D – диаметр антенны, получаем:

• Модель: Супрал 80 см

Диаметр: 80 см

Фокусное расстояние: 56 см

Угловое разрешение для водородной линии: 1102’

• Модель: Супрал 1.2 метра AL

Диаметр: 120 см

Фокусное расстояние: 60 см

Угловое разрешение для водородной линии: 735’

• Модель: SVEC S180

Диаметр: 180 см

Фокусное расстояние: 72см

Угловое разрешение для водородной линии: 490'

В работе затрагивается одна из главных проблем радиоастрономии –большое угловое разрешение у радиотелескопов. С этой проблемой возможно справиться двумя способами: применение больших по диаметру антенн или создание радиоинтерферометров.

Приемник на антенне или облучатель – главная часть антенны, он устанавливается на фокусном расстоянии, где он и собирает сигнал, отраженный от параболистической антенны. Приемник обязан быть малошумящим, чтобы не мешать приему слабых сигналов. Приемник можно как купить, так и создать самостоятельно, но с вероятностью потери некоторых сигналов. Также на приемник нужно подавать напряжение от 12 до 24 Вольт, для этого используется инжектор питания или Bias tee. Он недорого стоит.

Для улучшения сигнала в схему радиотелескопа добавляется усилитель и фильтр частот. Фильтр очищает сигнал от помех, а усилитель усиливает сигнал.

В итоге, в коаксиальном проводе идет аналоговый сигнал, отфильтрованный и усиленный. Но для обработки сигнала нам его нужно перевести в цифровой. Для этого используется RTL SDR – технология, распространенная в радиолюбительской сфере и иначе называемая «свисток». Простота настройки и использования дает преимущества над самодельными приемниками. Программное обеспечение для «свистка» исчисляется десятками программ, в том числе и радиоастрономическими.

Один радиотелескоп хорошо, но радиоинтерферометр лучше. Поэтому есть способ соединить 2 SDR. Главной задачей является синхронизация сигналов, поступающей с антенны.
Синхронизацию сигнала в одном «свистке» исполняет кварцевый генератор и если синхронизировать их работу, то получится радиоинтерферометр.

Но это будет недостаточно эффективно для уменьшения углового разрешения. Поэтому нужно создать радиоинтерферометр, т.е. сеть, антенны которой могут быть расположены и работать на расстоянии более 1000 км друг от друга. В таком радиоинтерферометре, должен быть центр, который будет принимать сигналы, анализировать их и выдавать результаты. Но основная схема работы каждого радиотелескопа не должна поменяться.

К примеру, если расположить один радиотелескоп в ПК «Энергия» г. Электроуглях, а другой в МО «Колледж Угреша» и связать их сетью. Берём формулу ǫ = 4200 * (λ/L), где λ – длинна волны, а L – длина базы, подставляем значения. Расстояние между колледжей 30 км, длина волны 21 см, получим ǫ= 4200 * (0,21/30000) = 0,029’.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Радиоастрономия – одно из важных направлений астрономии. Популяризация радиоастрономии как среди среднеобразовательных организаций, так среди любителей астрономии даст неоценимый вклад в развитие поколений так и самой науки в целом.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. М.М. Дагаев, В.Г. Демин, И.А. Климишин, В.М.Чаругин. «Астрономия». 1983г.

2. Т.Л. Уилсон, К. Рольфс, С. Хьюттемейстер. «Инструменты и методы Радиоастрономии». 2013г.

3. Тимоти Прайс. «Синхронизация нескольких DVB – T USB-приёмников для использования в общих приложениях астрономии.» 2016г.

4. Adelaide Ladu, Pierluigi Ortu, Andrea Saba, Mauro Pili, Tonino Pisanu, Alessandro Navarrini. «Sistema di controllo per la caratterizzazione dell’oscillatore locale ALMA impiegato nel ricevitore 100GHz del Sardinia Radio Telescope». 2018г.

5. Koitiro Maeda, Noritaka Tokimasa. «Small Radio Telescopes for Education». 2001г.