Hoy en día, en los observatorios de Chile y el mundo existen diversos instrumentos para estudiar el universo. Mientras los telescopios convencionales funcionan capturando señales de luz, los radiotelescopios son antenas de gran tamaño diseñadas para captar ondas de radio, un tipo de radiación electromagnética que viaja por el espacio a la velocidad de la luz, similar a las ondas con las recibimos Wifi. Así, podemos observar ciertos fenómenos que de otro modo seríamos incapaces de percibir.
Los radiotelescopios comúnmente se componen de una o más antenas parabólicas, que pueden medir entre 3 y 500 metros. Estas procesan datos de manera constante, sin interrupción, y por esto son capaces de capturar tanto eventos cuyas escalas de evolución son millones de años, como otros inesperados y fugaces. Son especialmente útiles para estudiar fenómenos como agujeros negros y planetas en formación, muy lejanos al planeta Tierra. Además, a diferencia de los telescopios ópticos que dependen de la luz visible (la misma que perciben nuestros ojos), los radiotelescopios pueden observar el cielo de día y de noche, e incluso en condiciones climáticas adversas, ya que las ondas de radio atraviesan nubes y no dependen de cielos despejados.
Sin embargo, estos instrumentos enfrentan un desafío crítico: su enorme consumo energético. Esto porque se necesitan centros de datos para procesar y almacenar una gran cantidad de información, los que consumen muchísima electricidad; tanto para el manejo mismo de los datos, como para el enfriamiento de las máquinas.
Ante este escenario, un equipo de investigación liderado por Marilyn Cruces, de la Escuela de Ingeniería de la Universidad Católica, se encuentra desarrollando el primer radiotelescopio alimentado solo por energía solar, fabricado en Chile a un bajo costo y con potencialidad de ser escalable.
Diseñando a Frontiers
Actualmente no existe ningún telescopio que funcione 100% con energía renovable. Para llevar adelante este proyecto, al que llamaron Frontiers, el equipo de investigación definió dos ejes de trabajo:
1.-Optimizar las operaciones de los centros de datos: Los investigadores buscan mejorar los algoritmos que procesan los datos, para que los centros sean más eficientes y, por ende, consuman menos energía. Así también, enfrentan el desafío del almacenamiento de datos: es imposible guardar el gran volumen de información que capturan los radiotelescopios, por lo que se busca conservar el mínimo de datos que luego permita recrear los originales, en caso de que se necesiten. Junto a esto, se busca desarrollar un modo de trabajo colaborativo entre los distintos instrumentos de observación, de manera de que unos a otros se envíen alertas en caso de algún hallazgo y complementen sus funciones: eso aliviana la carga de cada radiotelescopio y potencia el desarrollo científico.
2.-Reformular el diseño para hacerlo más sostenible: Además de incluir los paneles solares, los investigadores buscan optimizar el diseño del hardware para reducir el ruido electrónico sin la necesidad de enfriamiento criogénico, que es lo que normalmente se ocupa para alcanzar temperaturas cercanas al cero absoluto.
El equipo de investigadores está construyendo un prototipo de Frontiers en el Observatorio UC, en Santiago. Este incluirá las antenas de observación (al centro), paneles solares que abastecen de energía al sistema en un 100% (izq.) y un container con los computadores que procesan los datos (der.).
El equipo de investigación se encuentra actualmente desarrollando y testeando el prototipo de Frontiers en el Observatorio de la Universidad Católica, ubicado en la comuna de Lo Barnechea, en Santiago. En esta etapa, los científicos están trabajando en la instalación y validación de la electrónica asociada a las antenas, que serán parte de un sistema diseñado para recibir señales provenientes de galaxias lejanas y captar eventos de muy corta duración, del orden de microsegundos.
El proyecto contempla un conjunto de antenas de tres metros de diámetro, junto con un container que albergará los computadores encargados de procesar los datos. Además, incorporará paneles solares con el objetivo de avanzar hacia una operación energéticamente autónoma, capaz de abastecer los equipos del radiotelescopio.
A esta autonomía energética se sumará una autonomía operacional, ya que el instrumento está siendo diseñado para poder ser manejado a distancia. Su estructura modular permitirá, además, expandir el sistema de manera progresiva mediante la incorporación de nuevas antenas, paneles solares y computadores.
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Entre los próximos desafíos del proyecto se encuentra expandir el radiotelescopio a unas 100 antenas de observación, junto con su equivalente en paneles solares, y definir el sitio definitivo para su instalación. Actualmente, el equipo está explorando distintos lugares, tanto en los alrededores de Santiago como en el desierto de Atacama, evaluando una combinación de factores clave: la incidencia solar, la accesibilidad y el nivel de aislamiento electromagnético del entorno. En paralelo, continúa avanzando la optimización del funcionamiento de los centros de datos.
Finalmente, Frontiers no solo permitirá recabar información de las lejanías del espacio exterior de manera sustentable, sino que también puede transformarse en un objeto de estudio para investigadores del resto del mundo. A ello se suma su aporte al desarrollo de tecnologías locales, tanto al interior de la Universidad como mediante alianzas con empresas nacionales, impulsando capacidades propias para el diseño, implementación y operación de infraestructura científica avanzada. Se trata de un proyecto en desarrollo que, ya a estas alturas, ha arrojado cifras alentadoras: puede ser un 42% más rentable que un telescopio con generador diésel, y su huella de carbono es un 95% menor.
El desarrollo de Frontiers es de código abierto, esto quiere decir que cualquier equipo de investigación puede acceder a este y utilizarlo de manera gratuita. Esto contribuye a un desarrollo científico más colaborativo.
Desde un comienzo, Frontiers se pensó como un proyecto que debía ser escalable; es decir, cuyo diseño pudiera ser reproducido o incluso ampliado en otros centros de investigación. En línea con esto, el prototipo y el software serán de código abierto, por lo que está disponible sin costo para que cualquier equipo pueda estudiarlo y utilizarlo.
Ciencia abierta y escalable
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Equipo de investigación que desarrolla Frontiers durante su visita al Centro Espacial Nacional, donde fueron invitados a presentar sus desarrollos.
