Con la promessa senza precedenti che l'infrastruttura radar EISCAT3D supportata dall'UE mantiene per l'indagine sui fenomeni spaziali vicini alla Terra, la precisione e l'efficienza del sistema sono di primaria importanza. Il progetto EISCAT3D_PfP, chiuso di recente, ha dimostrato con successo la fattibilità dell'iniziativa, avviandolo nella fase di attuazione.

EISCAT3D fornisce una nuova potente infrastruttura di ricerca, utilizzando osservazioni radar per esplorare come l'atmosfera terrestre è accoppiata allo spazio intorno al pianeta, oltre a fornire un supporto più ampio alle scienze del sistema solare e della radioastronomia. Utilizzando una tecnologia informatica versatile, aiuterà anche nuove aree di ricerca, come misurazioni di micrometeori e immagini di asteroidi.

La fase di attuazione del progetto, recentemente completata, soprannominato EISCAT3D_PfP, ha stabilito l'approccio necessario affinché EISCAT3D renda dettagliati, misurazioni tridimensionali della porzione ionizzata della sommità dell'atmosfera.

La posizione dello strumento EISCAT3D è in una regione in cui l'accoppiamento tra l'atmosfera e lo spazio è più diretto e dinamico, la zona aurorale notturna nell'Artico Fenno-scandinavo. Come spiega il coordinatore del progetto, il dott. Craig Heinselman, "Quando osserviamo l'aurora o la misuriamo con strumenti ottici, stiamo assistendo agli effetti delle particelle cariche guidate in parte dal campo magnetico terrestre, poiché depositano grandi quantità di energia e quantità di moto nella parte superiore dell'atmosfera neutra. Mentre questo è impressionante da vedere, è solo una parte della storia perché l'energia entra anche nella ionizzazione dell'atmosfera."

EISCAT3D consentirà agli scienziati di vedere i risultati di questa ionizzazione atmosferica e di utilizzare gli ioni e gli elettroni come traccianti indicando i processi che la guidano, come i campi elettrici. Si spera che seguire i fenomeni mentre si dispiegano porti a una migliore comprensione di dove va l'energia, come interagisce con il sistema più ampio e quale impatto ha.

Il progetto è stato progettato con radar phased array. Alterare l'elettronica del radar sia per la trasmissione che per la ricezione, fa sì che cambino direzione molto rapidamente. Se richiesto, il suo design gli permette di guardare in una direzione diversa ogni 1/1000 di secondo. Ciò contrasta con i più tipici radar a forma di piatto, che sono solo in grado di guardare in direzioni diverse utilizzando grandi motori elettrici potenti per spostare il loro hardware pesante delle antenne.

Inoltre, due delle antenne EISCAT3D saranno di sola ricezione, il che significa che oltre a seguire il rapido movimento del raggio trasmittente, potranno guardare in 100 direzioni diverse contemporaneamente. Ciò consente loro di vedere contemporaneamente i segnali trasmessi a tutte le altitudini, non solo a una singola altitudine come nel caso di alcuni sistemi operativi attuali.

Una delle principali sfide che il progetto EISCAT3D_PfP è stato in grado di superare è stata la possibilità di sviluppare un sistema con una capacità di calcolo sufficiente per soddisfare il brief di progettazione. Come ricorda il dottor Heinselman, "Quando è stato condotto lo studio di progettazione, non era semplicemente conveniente fornire 100 fasci stretti simultanei in ricezione, quindi il progetto iniziale ne supportava solo sette. Fortunatamente, progressi in particolare nella tecnologia degli array di porte programmabili sul campo, ha reso le 100 travi pratiche e convenienti."

Data la precisione delle misurazioni richieste, un'altra sfida è stata quella di costruire un sistema i cui orologi interni del computer non generassero rumore che potesse sopraffare i segnali che cerca di misurare. Un compito estremamente intricato dato che i segnali di ricezione del radar, quando combinato, sono circa 20 ordini di grandezza (0,00000000000000001 %) inferiori al segnale trasmesso. Il raggiungimento di questo obiettivo del progetto ha richiesto non solo un'attenta progettazione, ma anche test approfonditi da parte del team di progetto.

EISCAT3D_PfP ha ora dimostrato la fattibilità degli obiettivi del progetto EISCAT3D e lo ha avviato nella fase di implementazione. Si prevede che i sistemi di EISCAT3D saranno disponibili per gli scienziati entro la fine del 2021.

Guardando al futuro, il dottor Heinselman dice:"Poiché EISCAT3D è uno strumento scientifico per la ricerca, è difficile dire con certezza dove porterà il lavoro, ma un'area molto promettente riguarda le basi scientifiche che prevedono gli effetti del tempo spaziale. Questi effetti hanno, e sicuramente continuerà ad avere, un impatto crescente su una società sempre più dipendente dalle tecnologie spaziali".