Metsähovin radio-observatorioon rakennetaan maailman laajakaistaisin vastaanotinjärjestelmä

Metsähovin radio-observatorioon on tulossa uusi vastaanotin, jota rakennetaan parhaillaan Max Planck -radioastronomian instituutissa Saksassa. Kyseessä ei kuitenkaan ole ihan mikä tahansa vastaanotin, sillä pian Suomen ainoassa tähtitieteellisessä radio-observatoriossa tähyillään taivaalle maailman laajakaistaisimmalla radioastronomisella vastaanottimella. AMD, korkean suorituskyvyn ja mukautuvan tietojenkäsittelyn alan markkinajohtaja, tarjoaa projektiin kriittisiä mikropiirejä, joiden avulla radio-observatorioon saadaan parasta mahdollista tekniikkaa. Metsähovi tekee yhteistyötä myös Knowledge Resources -yrityksen kanssa, joka asentaa sirut helppokäyttöisiin moduuleihin. 

Metsähovin radio-observatorion nykyiset vastaanottimet ovat monitoroineet kvasaareja ja Aurinkoa kahdella kapealla gigahertsin levyisellä taajuuskaistalla 22 GHz:n ja 37 GHz:n ympärillä. Uusi vastaanotin mittaa ennennäkemättömällä laajuudella: se mittaa kerralla 18–50 ja 80–116 GHz:n ja väliset taajuudet. 

Vastaanotinprojektin tavoitteena on päästä selvittämään avaruuden saloja täysin uudella tavalla: uutta vastaanotinta aiotaan hyödyntää muun muassa supermassiivisten mustien aukkojen hiukkassuihkujen koostumuksen selvittämisessä, johon akatemiatutkija Talvikki Hovatta sai hiljattain rahoituksen Euroopan tutkimusneuvostolta. Hovatan tutkimusprojekti käynnistyi maaliskuussa 2025.

Luovaa ongelmanratkaisua

Uusi vastaanotin tarvitsee toimiakseen niin sanotun loppupään (englanniksi backend), joka prosessoi vastaanottimen keräämät radiosignaalit. Koska uusi vastaanotin on maailmanlaajuisesti ainutlaatuinen, loppupäätä ei voi lähteä etsimään kauppojen hyllyiltä, vaan se pitää suunnitella ja rakentaa itse. 

Haasteen loppupään suunnittelusta otti vastaan myös Hovatan projektissa nykyisin työskentelevä Kaj Wiik Turun yliopistosta. Loppupään suunnittelutyö alkoi jo vuonna 2019 Suomen Akatemian rahoittamassa projektissa. Wiikin suunnitelma perustuu FPGA-piireihin eli ohjelmoitaviin porttimatriiseihin, joilla vastaanottimen laaja kaistaleveys pystytään käsittelemään tehokkaasti. Hän kertoo, että laitteiston suunnittelu on ollut erittäin haastava ja mielenkiintoinen prosessi. 

”Olen pystynyt käyttämään lähes kaikkea urani aikana kertynyttä kokemusta radiohavainnoista radiotekniikan kautta ohjelmointiin ja digitaaliseen signaalinkäsittelyyn. Lisäksi olen joutunut opettelemaan paljon uutta, esimerkiksi FPGA-piirien ohjelmointia ja piirilevyjen sähkömagneettista simulointia”, Wiik kertoo. 

Paras mahdollinen laitteisto

Loppupää toimii AMD:n Zynq™ UltraScale+™ RFSoC -piireillä, jotka saatiin AMD University Program -ohjelman kautta.

"AMD:llä tuotamme tuotteita ja palveluja, jotka auttavat ratkaisemaan maailman tärkeimpiä haasteita. Osallistumisemme Metsähovin radioastronomiaa edistävään hankkeeseen on tästä hyvä esimerkki. Adaptiivisen RFSoC-teknologiamme avulla tutkijat voivat kehittää tehokkaan digitaalisen loppupään, joka pystyy täysin hyödyntämään ultralaajakaistavastaanottimen ominaisuudet. Olemme innoissamme, että pääsemme näkemään, miten teknologiamme edistää uusia tieteellisiä löytöjä ja inspiroi alan tulevia innovaatioita”, kommentoi Gilles Garcia, Senior Director, Wired and Wireless Group, AMD.     

”Projektissa rakennettava datankeruujärjestelmä on kriittinen osa, jota ilman emme pysty tekemään haluamaamme tiedettä. Tämä yhteistyö mahdollistaa sen, että voimme alusta alkaen keskittyä oleelliseen eli kehittämään parhaan mahdollisen laitteiston ilman, että joudumme tinkimään mistään teknisistä ominaisuuksista. Näin ollen pääsemme myös tieteen pariin nopeammin”, kertoo Talvikki Hovatta. 

AMD:n lisäksi Metsähovi tekee yhteistyötä myös sveitsiläisen Knowledge Resources (KR) -yrityksen kanssa, joka asentaa AMD:n Zynq UltraScale+ RFSoCs -mikrosirut valmistamiinsa helppokäyttöisiin moduuleihin.