Do telescópio Byrd em West Virginia ao Telescópio Arecibo, em Porto Rico, ao sistema MeerKAT na África do Sul, o mundo não está carente de gigantescos radiotelescópios. Essas matrizes de grandes proporções são precisas e poderosas, mas em 2024, elas serão superadas pela capacidade da Matriz Quilômetro Quadrado (SKA, na sigla original) — um sistema de telescópio grande o bastante para responder as mais profundas dúvidas da ciência sobre a natureza do nosso universo.
Quando o assunto é radiotelescópio, os sistemas vêm em duas variedades — pratos individuais enormes como o de 305 metros de largura do Aricebo, ou um conjunto de pratos menores coordenados, como o da matriz MeerKAT. As matrizes têm uma vantagem importante sobre os pratos únicos — os pratos individuais menores podem ser espalhados em uma área maior do que a que um único poderia cobrir, garantir à matriz uma área de coleta mais vasta. Grandes áreas de coleta se traduzem em grandes campos de visão pesquisáveis e mais dados para se estudar. O MeerKAT, o atual recordista em tamanho e a matriz telescópica mais precisa, tem uma área de coleta de cerca de 18 mil metros quadrados. Quando o SKA, cujo custo será de US$ 1,9 bilhão, estiver pronto, ele proverá, como seu nome sugere, uma área de coleta de um milhão de metros quadrados. Ele será cinquenta vezes mais preciso do que qualquer outro sistema de rádio do planeta e capaz de varrer o céu dez mil vezes mais rapidamente do que qualquer sistema atual. Dez mil.
O projeto do SKA vem sendo desenvolvido desde 1991 e é composto por 20 nações. O sistema será quebrado em duas partes — um sítio na área rural da África do Sul (tal qual os sítios remotos em Botsuana, Gana, Quênia, Madagascar, Ilhas Maurício, Moçambique, Namíbia e Zâmbia). A outra metade nas regiões mais remotas da Austrália e Nova Zelândia. Esses locais foram escolhidos porque o hemisfério sul tem uma vista melhor da Via Láctea e oferecem quantidades baixas de interferência de rádio pelo homem.
A matriz em si será populada por cerca de 3 mil receptores individuais de 15 metros de altura e 12 de largura que, com a ajuda de suas matrizes irmãs, abrangerá o espectro entre 70 MHz e 10 GHz. O SKA terá um grupo central de receptores em cada sítio, bem como ramificações de 3200 km que saem do seu central (motivo pelo qual o grupo sul africano também firmou parcerias com outras oito nações da África). Esses braços serão interligados por linhas de fibra ótica de alta velocidade que despejarão cerca de 937 mil terabytes de dados para um super computador de processamento central todo dia — isso é 100 vezes o tráfego mundial da Internet. Além disso, o sistema também empregará uma matriz de abertura de frequência média composta de 250 estações separadas, cada uma usando 160 mil receptores, e uma matriz de abertura de baixa frequência com 2,5 milhões de receptores usados para detectar hidrogênio neutro, um bloco construtivo do começo do universo. No fim das contas, isso gerará as imagens de maior resolução de toda a astronomia.
A matriz está sendo construída em três fases, o que é engenhoso porque permitirá que o telescópio comece a trabalhar antes de estar totalmente operacional. A primeira fase envolverá o reposicionamento do já existente sistema MeerKAT de 64 pratos enquanto outros 190 são construídos, em 2016. “A decisão reconhece o MeerKAT como um instrumento-chave que consistirá em 1/4 da matriz de frequência média do SKA e a ciência envolvida no SKA Fase 1 é muito similar ao caso do MeerKAT — apenas muito mais ambiciosa,” explicou o professor Justin Jonas, diretor associado de ciência e engenharia da SKA África do Sul, em um comunicado à imprensa. “Nossos pesquisadores e estudantes que participam dos trabalhos no MeerKAT têm uma enorme vantagem. Eles estão em posição privilegiada para entrar na fase 1 da SKA. Eles têm a oportunidade de se tornarem líderes científicos em futuros projetos da SKA.”
Essa liderança tem um preço, você deve ter imaginado. Quando o projeto estiver completo, as matrizes de baixa frequência sozinhas estarão na casa dos milhões. Para manter os custos longe da estratosfera, engenheiros da Universidade de Cambridge que já criaram um receptor de baixa frequência para o projeto da SKA, viraram a Cambridge Consultants, uma empresa de design e tecnologia de ponta, para assistir o projeto.
O time de consultores de Cambridge tem a tarefa de modificar o design existente do protótipo para torná-lo mais barato e fácil de produzir, menos caro para despachar e mais fácil de montar em campo — tudo isso mantendo a integridade estrutural do receptor e sua resistência ao ambiente.
“O desafio da produção em massa está em primeiro plano no nosso trabalho no programa SKA,” disse Gary Kemp, diretor de programa da Cambridge Consultants, em comunicado. “As antenas de dois metros de altura terão que ser fabricadas em escala muito grande — mais de 2,5 milhões serão necessárias, em adição às 40 milhões de antenas da matriz de média frequência. ‘Comercializar’ o design através do design para o processo de manufatura é crítico para a confiabilidade da SKA. Ter um design maduro para parte do hardware que será o coração do maior telescópio do mundo é um passo importante rumo à construção do instrumento final.”
“O design é meio como o de antenas de TV,” Richard Williams, da Cambridge Consultants, disse ao Gizmodo. “Basicamente, qualquer que seja o design escolhido ele envolverá metal dobrado. A Universidade já chegou a um design conceito para a forma geométrica da antena, um que os deixou bons, dando-lhes boa direcionabilidade. Eles tinham um formato que os deixou contentes, mas ninguém previu como produzi-lo de forma barata e em grandes quantidades. Nós rapidamente olhamos para ele e — em uma matriz de antenas, todo o sinal passar por volta da borda de qualquer metal, então mudamos do uso de folhas de metal para hastes e fios e, em seguida, para fios de metal dobrados. Aquilo reduziu muito o custo final do design.”
Para reduzir ainda mais custos, o time usou plásticos moldados por injeção como um meio barato de isolar a estrutura de suporte da antena. Para os controles eletrônicos, a Cambridge Consultants voltou-se à indústria de celulares e empregou em sua maioria componentes PCB normalmente usados na interface de amplificadores. No total, o time da Cambridge Consultants acredita que eles sejam capazes de produzir, despachar e instalar essas matrizes por apenas € 70, ou cerca de US$ 100, por unidade. [SKA – Wikipedia 1, 2 – Economist – Times Live – MeerKAT – Image: SKA]
