NRC Herzberg News / Nouvelles du CNRC Herzberg

By / par Dennis Crabtree (NRC Herzberg)
(Contributions from David Andersen, Dean Chalmers, Jennifer Dunn, JJ Kavelaars)
(Cassiopeia – Autumn / l’automne 2018)

La version française suit

Management Changes at NRC Herzberg

There has been a series of changes in the senior management at NRC Herzberg which I will recap here:

  1. Luc Simard is now Director of the Astronomy Technology Directorate. Previously he held this position in an Acting capacity.
  2. Michael Rupen is the Acting Director of the Radio Astronomy Directorate.
  3. James di Francesco is the Acting Director of the Optical Astronomy Directorate.

VLASS Quick Look products now available via the Canadian Astronomy Data Centre

The CADC is working with the “Canadian Initiative For Radio Astronomy Data Analysis” (CIRADA.ca) to develop processes for the production of Advanced Data Products (ADP) from radio astronomy datasets. The CIRADA project is a precursor initiative for a Canadian SKA Regional Centre and will produce ADP for CHIME, MWA and the VLA Sky Survey (VLASS). The CADC is providing access to the original datasets for CIRADA within the CANFAR processing environment and will archive the ADP produced by CIRADA. An initial step in this activity has been to archive the Quick Look dataset produced by the VLASS project and present those observations via the CADC’s Advanced Search interface. There is no need to log in to access the CADC query or data retrieval for VLASS as all the metadata, and data, are public.

The 2-4 GHz VLASS is providing multiple epochs of spectral imaging of the northern sky using the eVLA, details can be found here. The first epoch of VLASS observations is now complete and an initial ‘Quick Look’ set of continuum images is available. The CADC is providing access to these public Quick Look images.

An interesting feature of the VLASS QL products is that they can be used as a background in the ‘View in Sky’ on the Results tab of CADC’s Advanced Search pages. This allows one to bring up the 2-4 GHz continuum image associated with the search result by selecting the VLASS1.1-QL as the image plane in the Sky View tool (which is based on Aladin Lite). We note that, due to the high-resolution nature of the VLASS QL products, only small scale features are visible in these images.

Virtual Reality at NRC Herzberg

Stimulated by the availability of a Virtual Reality (VR) model for the TMT, I (Dennis Crabtree) decided to explore VR for various uses at NRC Herzberg. After succeeding in purchasing the required equipment (engineering grade computer, gaming graphics card and an Oculus Rift headset) the TMT model was downloaded. The potential of VR for providing an immersive experience of our work was immediately evident.

For those who attended CASCA, you were able to view the TMT experience at either the TMT booth or the NRC-Herzberg table. At the table my co-op student, Dori Blakely (UVic), was also providing people with an experience aboard the ISS.

Our interpretive centre in Victoria, the Centre of the Universe, was closed in 2014. While this is now operated by the non-profit Friends of the DAO, it is only available for a limited time each year.

So why not create a Virtual Visitor Centre!

Over the rest of the summer Dori was able to develop an alpha version of a VR experience that could highlight our engineering work and science. This involved several aspects:

  1. Import the CAD/CAM models (SolidWorks and Autodesk Inventor) of instruments into the Unity development software.
  2. Identify and purchase a virtual museum asset from the Unity Store.
  3. Populate the virtual museum with images, video, and the imported instrument models.
  4. Provide the capability to ‘teleport’ into the detailed instrument model from within the museum context.
  5. Simply and fine tune the instrument models in order to achieve reasonable performance on the Occulus Rift.

There is still a lot of work required to make this a beta version which we plan on demonstrating at next year’s CASCA meeting and making available to anyone interested.

Figure 1 is a view of the interior of the Visitor Centre with the model of GHOST. Figure 2 shows the upper half of MSE in a display case.

Figure 1


Figure 2

We also purchased a new Oculus Go, which is a lower performance VR headset, but is totally portable as it does not require a computer. Dori managed to develop an app for the Go that allowed people to wander through a model of the GHOST Spectrograph that we are building for Gemini.

Thirty Meter Telescope (TMT) Instrumentation Update

The National Research Council (NRC) and its industrial and international partners have been advancing the designs of both NFIRAOS (the Narrow Field InfraRed Adaptive Optics System) and IRIS (InfraRed Imaging Spectrograph). Figure 3 shows NFIRAOS (blue) and IRIS (grey, on bottom) as viewed from the Nasmyth platform of TMT.

Figure 3


NFIRAOS successfully completed its Final Design Review in June, 2018. IRIS completed its Preliminary Design Review in September, 2017 and is in the midst of its own Final Design phase currently.

Figure 4


NFIRAOS (Figure 4) is the first-light facility Multi-Conjugate Adaptive Optics (MCAO) system for the Thirty Meter Telescope (TMT) which will provide stellar correction to up to 3 science instruments. To involve more of the Canadian community in TMT, and in particular NFIRAOS, NRC subdivided NFIRAOS into subsystems and subcontracted the final design of these subsystems to Canadian industry. The project has now engaged five Canadian industrial partners, ABB, INO, Dynamic Structures, Quantum Technology and Sightline Engineering to develop the final design of eight major NFIRAOS subsystems. Working with industry to develop designs to specifications was a new approach for the NRC team, and NFIRAOS has benefited greatly from these companies’ expertise and experience.

NFIRAOS will provide diffraction-limited performance in the J, H, and K band with 50% sky coverage at the Galactic Pole. The diffraction limit of TMT will provide much sharper images than any other ground or space-based telescope available today). Years of effort have been spent to ensure that TMT and NFIRAOS deliver images that on average will be the sharpest of any existing facility AO system. Sky coverage is, of course, also a key performance metric. For astronomers to be fully satisfied with TMT + NFIRAOS, they must be able to observe their key science programs. The laser guide stars, the use of MCAO, and the on-instrument near-infrared tip/tilt/focus sensors (OIWFSs) all contribute to achieving diffraction-limited performance 50% of the time at the North Galactic Pole. This sky coverage fraction increases dramatically for fields closer to the galactic plane where many more stars are available.

IRIS is the first-light client instrument of NFIRAOS. The IRIS team consists of groups at NRC, University of California Los Angeles, Caltech, University of California San Diego, University of California Santa Cruz, the National Astronomical Observatory of Japan and TMT. IRIS combines a “wide-field” Imager with an integral field spectrograph (IFS) and covers the 0.84 µm to 2.4 µm wavelength range. IRIS has been designed to take advantage of the diffraction-limit of TMT. The IRIS Imager uses four Teledyne Hawaii-4RG-10 detectors, which yield a total field-of-view (FoV) of 34 x 34 arcsec at a platescale of 4 milliarcseconds (mas). The IFS offers four spaxel scales ranging from 4 mas to 50 mas, and is capable of generating up to 14,000 simultaneous spectra within a filled rectangular pattern. The Imager and IFS are encased by the science cryostat, which provides the light-tight, cryogenic vacuum environment as required by the Imager and IFS subsystems. NRC is designing the three on-instrument wavefront sensors (OIWFS) mounted in a separate enclosure atop the science cryostat. These patrol the exterior perimeter of the two arc minute diameter field delivered by NFIRAOS and provide measurements of the tip/tilt, focus (TTF) and plate scale modes invisible to NFIRAOS and its laser guide stars (LGS). The OIWFS provides mechanical and thermal interfaces to NFIRAOS. NRC is also designing the support structure and rotator which support IRIS under NFIRAOS. The rotator enables IRIS to provide its own field de-rotation. The final component of IRIS that NRC is designing is the services cable wrap, which routes the cables from the inside of the OIWFS and science cryostat to the Nasmyth platform below the instrument and out to either the IRIS electronics cabinet or the TMT facility supplied services.

When the site for TMT is decided and construction resumes, NFIRAOS and IRIS will enter fabrication phases. A new integration facility will be built in Victoria to integrate both NFIRAOS and IRIS. Once the instruments have been thoroughly tested in Victoria, they will be shipped to TMT and be ready to observe at first light.

ngVLA Update

The next generation Very Large Array (ngVLA) is a NRAO led project to replace the existing Jansky Very Large Array with a new array with 10x the sensitivity, a frequency range from 1.2 to 116 GHz, longer baselines to give mas-resolution and a dense core for low surface brightness imaging. The project is currently developing a reference design to support a submission to the Astro2020 Decadal Survey. Canada, through NRC Herzberg, is contributing to the reference design with design studies of antennas and the correlator.

NRC Herzberg ngVLA Antenna Design Concepts, left-18m, right-6m.


The ngVLA will reference design calls for 244, Ø18m antennas and 19, Ø6m antennas. Working with contractors Minex Engineering and SED Systems NRC-HAA has developed costed reference designs for both sizes based on the Single-piece Rim-supported Composite (SRC) technology used in the DVA1 and 2 antennas.

The ngVLA requirement to operate up to 116GHz has required further development of the SRC concept in order to achieve the required surface accuracy and pointing. A successful concept design review was held at DRAO in May of this year with a panel of external and NRAO reviewers. Further development work is currently underway leading up to a Preliminary Design Review to be held in Socorro Oct. 3, 4.

NRC Herzberg is providing a costed reference design of a correlator/beamformer for the ngVLA, based on the Frequency Slice Architecture (FSA) and the TALON 14 nm FinFET FPGA technology developed for the SKA1 Mid correlator/beamformer. This architecture and technology is suitable and scalable now to the ngVLA’s 263 antennas, 28 GHz/pol of bandwidth, and up to 10,000 km baselines. However, since ngVLA construction isn’t until the mid-2020s at the earliest, cost and power will be less than using 2018 TALON technology.



Changements à CNRC Herzberg

Voici les faits saillants des changements survenus à la haute direction de CNRC Herzberg :

  1. Luc Simard a été confirmé comme directeur, Technologies d’astronomie, après avoir assuré l’intérim;
  2. Michael Rupen est directeur par intérim, Radioastronomie;
  3. James Di Francesco est directeur par intérim, Astronomie optique.

Les images Quick Look du relevé VLASS sont maintenant offertes par le Centre canadien de données astronomiques

En collaboration avec l’Initiative canadienne d’analyse des données de radioastronomie (CIRADA.ca), le CCDA travaille à développer des procédés pour produire des données évoluées (ADP, pour Advanced Data Products) à partir des données des observations radioastronomiques. Le projet CIRADA trace la voie pour l’établissement d’un éventuel Centre régional du SKA canadien et produira des données évoluées à partir des données du projet CHIME, du Murchison Widefield Array (MWA) et du VLA Sky Survey (VLASS). Le CADC donne au CIRADA un accès aux collections de données originales dans l’environnement de traitement de CANFAR et assurera la conservation des archives des données produites par le CIRADA. Une des premières étapes de ce projet a été l’archivage des données Quick Look produites par le projet VLASS et la présentation de ces observations au moyen de l’interface de recherche avancée du CADC. Il n’est pas nécessaire de posséder un compte d’utilisateur pour avoir accès à la plateforme de recherche de données du CADC pour avoir accès aux données du VLASS puisque toutes les métadonnées et les données sont publiques.

Le relevé du ciel VLASS dans la gamme 2-4 GHz fournit des images spectrales de plusieurs campagnes d’observation du ciel septentrional effectuées par l’instrument eVLA; pour en savoir plus : science.nrao.edu/science/surveys/vlass. La première campagne d’observation de VLASS vient de se terminer et un premier jeu d’images du continuum peut être consulté dans l’application Quick Look. Le CADC offre ces images appartenant au domaine public.

Fait intéressant, les images du VLASS formatées pour Quick Look peuvent servir d’arrière-plan dans la visualisation « Voir dans le ciel » sous l’onglet Résultats dans la fonction de recherche avancée des données du CADC. L’utilisateur peut ainsi invoquer image du continuum 2-4 GHz associé à un résultat de recherche en sélectionnant l’option VLASS1.1-QL comme plan image dans l’outil Sky View (dérivé de l’atlas Aladin Lite). En raison de la haute résolution des produits QL de VLASS, seuls les détails de petite dimension sont visibles dans ces images.

La réalité virtuelle à CNRC Herzberg

J’ai (Dennis Crabtree) décidé d’explorer les possibilités du modèle de réalité virtuelle (RV) du TMT pour CNRC Herzberg. Après avoir fait l’acquisition de l’équipement nécessaire (un ordinateur scientifique, une carte graphique pour le jeu et un casque de RV Oculus Rift), nous avons téléchargé le modèle virtuel du TMT dans notre environnement de RV. Dès la première utilisation, nous avons tout de suite constaté le potentiel de l’expérience immersive offerte par la réalité virtuelle pour notre travail.

Les personnes qui étaient à la conférence de la CASCA ont pu assister à l’expérience au kiosque du TMT ou à la table de CNRC-Herzberg où mon stagiaire, Dori Blakely (de l’Université de Victoria), donnait une démonstration à bord de la maquette de la Station spatiale internationale (SSI).

Le Centre d’interprétation de l’Univers à Victoria a officiellement fermé ses portes en 2014. Depuis, l’association Friends of the DAO a repris le flambeau à titre non lucratif, mais l’accès aux installations est limité à certaines périodes de l’année.

Alors pourquoi ne pas créer un centre de visite virtuel?

Au cours du reste de son stage d’été, Dori a développé une version alpha de l’expérience de réalité virtuelle pour mettre en valeur notre travail technique et scientifique. Le développement de ce projet suppose plusieurs étapes :

  1. Importer les modèles CAO/FOA (à l’aide des logiciels SolidWorks et Autodesk Inventor) des instruments dans la plateforme de développement Unity.
  2. Trouver et acheter une coquille de musée virtuel dans la boutique Unity Store.
  3. Verser les images, les séquences vidéo et les modèles d’instruments importés dans la coquille de musée virtuel.
  4. Programmer la capacité pour l’utilisateur de se « téléporter » dans le modèle d’instrument détaillé depuis le musée virtuel.
  5. Simplifie et affiner les modèles d’instrument pour donner un rendu acceptable dans la lunette du casque Oculus Rift.

Il y a encore beaucoup de travail à faire pour passer à la version bêta, que nous comptons présenter à la prochaine conférence de la CASCA l’an prochain et la rendre accessible à toutes les personnes désireuses d’en faire l’expérience.

VCC-1


MSE

La première image (VCC–1) montre une vue de l’intérieur du Centre virtuel réalisée avec le modèle du spectrographe GHOST. La seconde image (MSE) illustre la moitié supérieure de l’explorateur spectroscopique du Maunakea (MSE) dans une vitrine.

Nous nous sommes également procuré un nouvel Oculus Go, un casque de RV moins puissant, mais parfaitement portatif, puisqu’il ne nécessite pas d’être branché à un ordinateur. Dori est parvenu à développer une application pour ce casque permettant de déambuler à l’intérieur d’un modèle virtuel du spectrographe GHOST que nous construisons pour l’observatoire Gemini.

Nouvelles des instruments construits pour le Télescope de trente mètres

TMT 1


Les travaux entrepris par le Conseil national de recherches (CNRC) et ses partenaires industriels et internationaux pour la conception du NFIRAOS (le système d’optique adaptative infrarouge à champ étroit) et d’IRIS (le spectrographe à images infrarouges) ont progressé La TMT 1 montre une vue du NFIRAOS (en bleu) et IRIS (en gris, en bas) depuis la plateforme Nasmyth du TMT. L’examen final de conception du NFIRAOS s’est terminé en juin 2018 et l’examen de conception préliminaire d’IRIS a été mené à terme en septembre 2017, nous sommes maintenant à mi-parcours de la phase de conception finale de l’instrument.

TMT 2


Le NFIRAOS (TMT 2) est l’instrument d’optique adaptative multiconjuguée (OAMC) de première lumière du Télescope de trente mètres. Il pourra fournir un signal optique corrigé à un maximum de trois instruments scientifiques. Pour élargir la communauté des acteurs canadiens participant au projet du TMT, et au NFIRAOS en particulier, le CNRC a subdivisé l’instrument en sous-systèmes et donné le travail de conception finale en sous-impartition à des entreprises canadiennes. À l’heure actuelle, cinq partenaires industriels canadiens – ABB, INO, Dynamic Structures, Quantum Technology et Sightline Engineering – se partagent les contrats de conception des principaux sous-ensembles de NFIRAOS. Cette collaboration avec l’entreprise pour l’élaboration du cahier des charges de la conception est une nouvelle approche pour le CNRC, qui s’est avérée très profitable pour le projet grâce à la valorisation du savoir-faire et de l’expérience des partenaires de l’industrie.

Le NFIRAOS fournira aussi des images à la limite de diffraction dans les bandes J, H et K, avec une couverture du ciel de 50 % à partir du pôle galactique. Grâce à sa limite de diffraction, le TMT produira des images beaucoup plus nettes que tous les autres télescopes terrestres et même spatiaux existants aujourd’hui. Il a fallu des années d’efforts pour assurer que le TMT et le NFIRAOS produisent des images d’une netteté en moyenne supérieure à celle offerte par tout autre système d’optique adaptative. Évidemment, la couverture du ciel est un facteur important dans l’équation. Pour que les astronomes soient pleinement satisfaits du TMT conjugué au NFIRAOS, ils doivent pouvoir réaliser leurs principaux programmes d’observation. L’utilisation des étoiles guides laser, des systèmes d’optique adaptative multiconjuguée (OAMC) et des capteurs de basculement, d’inclinaison et de défocalisation en proche infrarouge sur instrument (OIWFS) contribuent à la réduction de la diffraction à 50 % du temps d’observation au pôle nord galactique. Le pourcentage de couverture du ciel s’accroît substantiellement pour les champs rapprochés du plan galactique, où la concentration d’étoiles est plus grande.

IRIS est l’instrument de première lumière du NFIRAOS. L’équipe d’IRIS est formée de groupes du CNRC, de Caltech, de l’Université de Californie à Los Angeles, à San Diego et à Santa Cruz, du National Astronomical Observatory japonais et du consortium du TMT. IRIS combine un imageur « grand champ » à un spectrographe à champ intégral (SCI) et couvre la gamme de longueurs d’onde de 0,84 µm à 2,4 µm. L’instrument est conçu en fonction de la limite de diffraction du TMT. L’imageur utilise quatre détecteurs Teledyne Hawaii-4RG-10, qui procurent un champ observé total de 34 × 34 secondes d’arc à une résolution de 4 millisecondes d’arc (mas). Le SCI offre quatre échelles de pixels spectraux (ou spaxels pour space et pixel) allant de 4 mas à 50 mas, et peut réaliser jusqu’à 14 000 spectres en une seule pose à l’intérieur d’un modèle rectangulaire plein. L’imageur et le spectrographe sont encapsulés dans un cryostat, soit une enceinte à vide étanche à la lumière assurant les températures cryogéniques indispensable au fonctionnement des deux sous-systèmes. Le CNRC est chargé de concevoir les trois capteurs de front d’onde sur instrument (OIWFS) qui seront montés dans une enceinte distincte posée sur le cryostat scientifique. Ces capteurs surveillent le périmètre extérieur d’un champ d’un diamètre de 2 minutes d’arc produit par le NFIRAOS et fournit les paramètres de mesure dans trois dimensions [basculement, inclinaison et focale] et les modes d’échelle que le NFIRAOS ne peut voir ainsi que ses étoiles guides laser. L’OIWFS assure les interfaces thermomécaniques avec le NFIRAOS. Le CNRC travaille aussi la conception de la monture et du mécanisme de rotation d’IRIS, qui est installé sous le NFIRAOS. Ce mécanisme procure une capacité de contre-rotation de champ à IRIS. Le CNRC est également chargé de concevoir la composante finale d’IRIS, soit les enroulements des câbles de service, qui partent de l’intérieur de l’OIWFS et du cryostat scientifique pour se connecter à la plateforme Nasmyth sous l’instrument et repartent vers l’enceinte de l’électronique d’IRIS ou les services sur place du TMT.

Lorsque le lieu où le TMT sera érigé aura été déterminé et que les travaux de construction auront repris, le NFIRAOS et IRIS entreront dans la phase de fabrication. Une nouvelle installation sera construite à Victoria pour réaliser l’intégration du NFIRAOS et d’IRIS. Après les essais complets des deux instruments à Victoria, ils seront envoyés au site du TMT où ils seront prêts à capter leur première lumière.

Nouvelles du ngVLA

L’interféromètre de prochaine génération Very Large Array (ngVLA) est un projet mené par l’observatoire américain NRAO pour remplacer le télescope existant, le Jansky Very Large Array, avec un instrument possédant 10 fois la sensibilité de l’ancien, fonctionnant dans la gamme de fréquences de 1,2 à 116 GHz, à des bases maximisant la résolution et possédant un cœur dense pour réaliser des images de surfaces à faible luminosité. L’équipe de projet travaille actuellement à l’élaboration d’une conception de référence pour l’inclure dans la proposition relative au projet de relevé décennal Astro2020. Le Canada, par l’entremise de CNRC Herzberg, participe à cette étape en fournissant les études de conception des antennes et du corrélateur.

La conception de référence du ngVLA comprend 244 antennes de 18 m de diamètre et 19 antennes de 6 m de diamètre. En collaboration avec les sociétés Minex Engineering et SED Systems, CNRC Herzberg a préparé des conceptions de référence chiffrées pour les deux modèles d’antennes utilisant la technologie de réflecteurs composites à pièce unique fixés sur disque (SRC) utilisée pour le réflecteur DVA1 et deux antennes.

Conceptions des antennes du ngVLA élaborées par CNRC Herzberg, à gauche, réflecteur de 18 m, et à droite, réflecteur de 6 m.


Comme le ngVLA doit fonctionner à la fréquence de 116 GHz, il a fallu retravailler le concept SRC pour réaliser la géométrie de surface et la précision de pointage requises. L’OFR a procédé à un examen de conception du concept en mai dernier avec la participation d’un comité externe et d’évaluateurs du NRAO. Des travaux supplémentaires sont actuellement en cours en préparation de l’examen de conception préliminaire qui aura lieu à Socorro, les 3 et 4 octobre prochains.

CNRC Herzberg doit fournir une conception de référence chiffrée d’un ensemble corrélateur-conformateur de faisceaux pour le ngVLA, reposant sur l’architecture à fréquence de découpage (FSA) et la technologie FPGA FinFET 14 nm de TALON développée pour le corrélateur-conformateur de faisceaux moyenne fréquence de SKA1. L’architecture et la technologie conviennent au projet et pourront être adaptées aux 263 antennes du ngVLA, fonctionnant dans la gamme de 28 GHz/POL et compatibles avec des bases de 10 000 km. Comme la construction du ngVLA ne débutera pas avant le milieu de la décennie 2020 dans le meilleur des cas, les coûts et la puissance requise devraient être inférieurs à ce qu’exige la technologie TALON de 2018.

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