Un’autostrada digitale per lo Spazio

In rete i dati provenienti dalla più avanzata antenna parabolica d’Europa

Il Sardinia Radio Telescope, o SRT in breve, è la parabola più avanzata d’Europa e tra le più potenti ed evolute infrastrutture di ricerca al mondo per lo studio delle emissioni radio provenienti dai corpi celesti e per applicazioni astrofisiche di scienze spaziali e dall’inizio dell’anno è collegata a banda ultralarga grazie alla collaborazione tra Regione Sardegna, INAF e GARR.

La posa dei circa 100 km di fibra dedicata necessaria a raccordare SRT con il punto di presenza della rete GARR è stata finanziata dalla regione Sardegna, che fin dall’inizio ha fortemente sostenuto la realizzazione dell’infrastruttura e contribuito a finanziarne la costruzione, ma anche tante attività di sviluppo tecnologico e formazione. La fibra è stata quindi ceduta in comodato d’uso a INAF ed è oggi gestita da GARR e collegata alla rete nazionale della ricerca ad una capacità di 1 Gbps, che verrà portata a 10 Gbps entro l’anno, con la consegna dei nuovi apparati DWDM.

Essere in rete rappresenta un enorme balzo in avanti per l’utilizzo dell’infrastruttura. Oltre a rendere più semplice la gestione dei dati e facilitarne la protezione rispetto a perdite accidentali, il collegamento a banda ultralarga permette la correlazione con altre infrastrutture per osservazioni congiunte con la tecnica e-VLBI. La capacità iniziale di 1 Gbps è stata sufficiente a far partire le prime osservazioni in tempo reale, e l’upgrade aprirà nuove possibilità sia a livello scientifico che tecnologico. Ne abbiamo parlato – in videoconferenza, una conquista recentissima per i ricercatori di Pranu Sanguini - con tecnologi e ricercatori di SRT: Andrea Orlati (Responsabile di stazione), Gabriele Surcis (VLBI friend di SRT), Antonietta "Antonella" Fara (responsabile dell’infrastruttura ICT) e Carlo Migoni (precedente VLBI friend e tecnologo presso la stazione).

Un’infrastruttura unica

La rilevanza scientifica di SRT, la cui realizzazione ha richiesto dodici anni, dalla posa del primo elemento nel 2001 all’inaugurazione nel 2013, non è solo nelle dimensioni (con 64 metri di diametro, la sua antenna parabolica orientabile è tra le più grandi al mondo) che permettono di raggiungere definizioni molto elevate, ma anche nella dotazione tecnologica d’avanguardia. Un complesso sistema di attuatori ad alta precisione controlla i 1.000 pannelli che formano la superficie della parabola permettendo di modificarne la forma per compensare variazioni termiche, gravitazionali ed eoliche e ottenere maggior precisione soprattutto nelle osservazioni ad altissima frequenza.

Quali applicazioni beneficeranno maggiormente del collegamento in fibra?

AO A livello scientifico, e-VLBI è l’applicazione più legata all’utilizzo della rete, soprattutto per il traffico delle osservazioni in tempo reale, ma anche per la comunicazione e collaborazione con i colleghi al correlatore JIVE e nelle stazioni degli altri paesi. Per quanto riguarda le osservazioni single dish, l’applicazione più importante è il trasferimento dei dati per l’archiviazione a lungo termine.

GS Per le osservazioni live, in e-VLBI oggi siamo attestati su data rate di 2 Gbps, con molte stazioni che vanno ancora a 1 Gbps o meno. Aumentando la banda si aumenta la sensibilità e per questo si stanno sperimentando osservazioni a 4 Gbps. Gli ultimi test del 2017 hanno dato segnali molto positivi ma per avere questi data rate a livello di produzione è necessario da un lato renderle più stabili e dall’altro diffondere maggiormente la banda ultralarga tra le stazioni.

AO Prima il collo di bottiglia di applicazioni come e-VLBI era la rete, ma ora c’è banda sovrabbondante e il problema sono il correlatore, che deve poter gestire l’aumentato afflusso di dati, e i radiotelescopi europei che non sono tutti dotati di strumentazione aggiornata, come ad esempio i ricevitori a microonde. Spesso parliamo di equipaggiamento che ha trent’anni di servizio ma richiede investimenti e progettazione dedicata per essere sostituito. I ricevitori più datati possono contare su poca banda radio che in certi casi non è sufficiente a riempire tutta la banda a disposizione.

CM Al contrario, data la sensibilità della nostra antenna, SRT sarà una delle stazioni più ricercate per effettuare i prossimi test a 4 Gbps.

GS Con i telescopi di nuova generazione come SRT infatti si possono ottenere molti più dati e in una scala temporale di una quindicina d’anni anche i 10 Gbps che arriveranno a breve potrebbero cominciare ad andarci stretti.

Dove vanno a finire tutti questi dati?

GS I dati VLBI grezzi vengono mandati al correlatore e salvati in formato elaborato. Il principal investigator riceve i dati correlati e li verifica, il dato correlato viene archiviato e dopo un certo tempo si procede alla cancellazione di quello grezzo, per motivi di spazio. Nel tempo reale (e-VLBI), il dato grezzo non viene invece conservato ed è cancellato immediatamente dopo la correlazione.

AF Per le applicazioni single dish, il dato tipicamente è registrato localmente e poi viene trasferito per l’elaborazione e l’archiviazione presso l’osservatorio astronomico di Cagliari. Anche nel single dish si comincia a valutare la cancellazione di parte dei dati grezzi: è una questione squisitamente economica, per cui è necessario fare un bilancio tra i benefici della conservazione a lungo termine del dato grezzo, che può essere riusato in futuro per trovare cose che non sapevamo essere lì, e lo spazio e le risorse necessarie per conservare tutto. La rete può aiutare rendendo possibile la realizzazione di archivi distribuiti con un accesso trasparente rispetto alla localizzazione fisica del dato. L’altra cosa a cui stiamo guardando è la possibilità di lavorare direttamente sul dato (attraverso virtualbox, docker o tecnologie analoghe) nell’archivio dove si trova piuttosto che doverlo scaricare ed elaborarlo in casa.

Il team SRT insieme al nostro Marco Marletta mostra con soddisfazione il primo ping di un collegamento a lungo atteso e che ha cambiato la vita della stazione. All'installazione ha partecipato anche Lorenzo Puccio non ritratto nell'immagine.

Tempo a disposizione

GS Un’altra applicazione della fibra che avrà importanza nei prossimi anni è la distribuzione del segnale di clock. Oggi la sincronizzazione dei dati avviene a posteriori, correlando in base al segnale di clock associato ai dati e derivato da un maser che è presente in ogni stazione. L’obiettivo è che il correlatore possa inviare il segnale su fibra a tutte le stazioni, in modo che regolino l’osservazione direttamente su di esso: i dati risulterebbero così automaticamente allineati in tempo e immediatamente correlabili. La tempestività con cui possiamo avere in mano i dati correlati è un elemento molto importante, perché spesso i nostri oggetti d’osservazione subiscono variazioni repentine nell’ordine di giorni. Con il sistema attuale, già dopo 12 ore tipicamente è possibile intervenire. Ad esempio, quando è stata rilevata l’onda gravitazionale dello scorso settembre, dopo appena qualche ora dall’allarme tutti gli osservatori che erano in posizione per partecipare erano operativi. Portare a 0 il tempo di reazione necessario significa avere finestre di osservazione migliori e più accurate.

Non si vive di sola scienza

AF L’arrivo della fibra ha avuto un riflesso non solo nelle applicazioni scientifiche o nel trasferimento dati: avere una rete, e ad alta capacità, ha trasformato la vita della stazione. Ad esempio, fino all’inverno scorso non sarebbe stato possibile fare questa chiacchierata guardandoci in faccia. Il sito di Pranu Sanguini (San Basilio), è stato scelto proprio perché lontano da aree abitate e attività umane, visto che ogni genere di segnale elettromagnetico può causare interferenze. In queste condizioni, anche una cosa che sembra scontata come la telefonia era proibitiva. Qui da noi non arriva né doppino in rame né telefonia cellulare, quindi prima della fibra anche una normale chiamata vocale era impensabile. Avevamo un collegamento satellitare, che a modo suo faceva il suo egregio lavoro, ma con tutti i problemi tipici di questa tecnologia: l’asimmetria, la dipendenza dal meteo. Senza contare che finalmente internet è diventato uno strumento accessibile anche per noi!

CM Oggi posso monitorare comodamente le osservazioni e-VLBI dall’osservatorio di Cagliari, mentre prima l’unica soluzione era esser lì di persona. Senza contare il trasferimento e l’archiviazione dei dati. La prima osservazione VLBI che abbiamo fatto a SRT è stata 4 anni fa, quindi senza fibra. Era una classica ricerca delle frange che ha prodotto circa 128Mb di dati. Dati che io ho salvato su una chiavetta e poi sono corso in osservatorio a spedire a Gabriele, che all’epoca lavorava al JIVE, per la correlazione. Ma da febbraio niente chiavette, niente automobili, niente osservatorio. Basta premere “invio”.

AF La copia di sicurezza dei dati veniva effettuata fermando tutto, copiando i dati e portandoli via in un hard disk USB: niente backup notturno con invio a un centro di calcolo, per noi! Insomma, avrete capito che per quasi 7 anni la vita per noi a SRT è stata un po’ diversa da quella degli altri luoghi di ricerca. Ci eravamo talmente abituati a questa routine che quando finalmente la banda ultralarga è arrivata siamo rimasti tutti scioccati dal cambiamento!