大型国際プロジェクトと大学の役割	  ALMAの場合	
長谷川哲夫	  国立天文台チリ観測所	

自己紹介：ALMAにおける役割	
• 1980-­‐	  野辺山宇宙電波観測所	  – 1983「野辺山の次」ブレーンストーミング参加	  • 1988-­‐	  東大天文センター	  – 60cm望遠鏡2号機をチリに設置・運用	  – ASTE（アタカマ10mサブミリ波望遠鏡）の設置に参加	  – 学術会議天文研連委員としてLMSA計画を推進（シンポジウムの企画・実行など）	  • 2000-­‐	  国立天文台	  – 2001-­‐2004	  日本側プロジェクトサイエンティスト	  – 2004-­‐2008	  日本側プロジェクトマネジャー	  – 2008-­‐2012	  JAO副プロジェクトマネジャー（チリ赴任）	  – 2012-­‐2016	  チリ観測所長（チリ赴任）	  ALMA	  has	  three	  roots	• Started	  more	  than	  30	  years	  ago	  – LMSA	  (Japan,	  1983-­‐)	  10-­‐m	  x	  50	  antennas	  at	  a	  high	  alHtude	  site	  in	  Chile,	  submillimeter	  wave	  – MMA	  (USA,	  1983-­‐)	  8-­‐m	  x	  40	  antennas	  at	  Hawaii,	  millimeter	  wave	  – LSA	  (ESO,	  1991-­‐)	  15-­‐m	  x	  50	  antennas	  at	  medium	  alHtude	  site	  in	  Chile,	  millimeter	  wave	Signing	  a	  resolu2on	  for	  3-­‐way	  collabora2on	  for	  ALMA	  (2001	  Apr,	  Tokyo)	

ConstrucHon	  of	  ALMA	• 2002• 2003• 2004• 2007• 2008• 2009• 2009• 2011• 2013• 2014	  North	  America	  and	  ESO	  part	  funded	  	  Groundbreaking	  	  Japanese	  part	  funded	  	  First	  antenna	  at	  the	  2900	  m	  site	  	  First	  receiver	  at	  the	  2900	  m	  site	  	  First	  antenna	  at	  the	  5000	  m	  site	  	  First	  fringe	  between	  two	  antennas	  	  Early	  science	  operaHon	  started	  	  InauguraHon	  	  66th	  antenna	  at	  the	  5000	  m	  site	  Atacama Compact Array	(Morita Array)	

Japan contributes 25%	The Atacama Compact Array (ACA)
System	• Four 12-m and twelve 7-m precisionantennas	
• ACA correlator (ultra-high speedcomputer)	

Receiver cartridges installed in all ALMAantennas（three bands at wavelengths 2mm,0.6mm, and 0.35mm)	
Computing software (joint development)	

ALMA建設における大学・研究所等との協力	  （主なもの、順不同）	
• プロジェクト推進	  – 電波専門委員会ALMA推進小委員会	  • サイト調査	  – 東京大学	  • 受信機フロントエンド開発	  – 大阪府立大学、通信総合研究所、東京大学、名古屋大学、豊田高専	  • 局部発振器系開発	  – NTT研究所	  • 相関器開発	  – 茨城大学	  • 観測法	  – 宇宙科学研究所	  Receiver	  Bands	
Band	RF range	Mixer	

IF output	

RX	in 80% / 100% of RF	TResponsibility	

1	31.3 - 45 GHz	USB	

4 - 12 GHz × 2	17 / 28 K	

EA開発中	

2	67 - 90 GHz	LSB	

4 - 12 GHz × 2	30 / 50 K	–	3	84 - 116 GHz	2SB	4 - 8 GHz × 4	37 / 62 K	

NA, NRC	

4	125 - 163 GHz	2SB	4 - 8 GHz × 4	51 / 82K	JP, NAOJ	

5	163 - 211 GHz	2SB	4 - 8 GHz × 4	65 / 108 K	

EU実装中	

6	211 - 275 GHz	2SB	4 - 8 GHz × 4	83 / 138 K	

NA, NRAO	

7	275 - 370 GHz	2SB	4 - 8 GHz × 4	147 / 221 K	

EU, IRAM	8	385 - 500 GHz	2SB	4 - 8 GHz × 4	

196 / 292 K	

JP, NAOJ	

9	602 - 720 GHz	DSB	

4 - 12 GHz × 2	175 / 263 K	

EU, NOVA	

10	787 - 950 GHz	DSB	

4 - 12 GHz × 2	230 / 344 K	

JP, NAOJ	December	  19,	  2007	  スペースから光赤外天文学観測計画−日本の進むべき途は？	  

9	  Band	  6	  Band	  5	  Band	  9	  Band	  4	  Band	  3	  Band	  7	  Band	  8	  Band	  10	  (Band	  2)	  (Band	  1)	  ALMA	  Receiver	  Frontend	Receiver cold cartridges	
Band 4	125 – 163 GHz	Band 8	385 – 500 GHz	Band 10	787 – 950 GHz	Band	  4	  カートリッジの場合	  リーダー：浅山信一郎	
• 大阪府立大学：基本設計・要素開発	  – 小川英夫教授、浅山信一郎（大学院生）を中心に、システム基本設計、部品の開発（設計・試作・実験）	  – プロトタイプ受信機を用いた観測デモンストレーション	  – 浅山信一郎博士論文	  • 国立天文台：詳細設計・製造・メンテナンス	  – ALMA国際共同建設のなかで、日本（国立天文台）が製造を担当するバンドの１つとして提案、承認を得る	  – 浅山信一郎助教がリーダーとして着任	  – 詳細設計、設計審査（PDR,	  CDR,	  MRR）、製造、品質管理	  – ALMA受信機への組み込み	  – メンテナンス	
これまでのやり方ではALMAは作れない	Current	  Status	  of	  the	  	  Band4	  Cartridge	  Development	  S.	  Asayama	  05-­‐April-­‐2005	  Band	  4	  Cartridge	  	  Sub	  ref	  Ellipsoidal	  mirror	  Plane	  mirror	  Receiver	  op2cs	  Corrugated	  horn	  OMT	  2SB	  mixer	  unit	  IF	  hybrid	  Isolator	  HEMT	  Amp	  IF	  Output	  LO	  system	  Band	  4	  cartridge	  SpeciﬁcaHons	  Trx Requirement
TSSB over 80% of the frequency range

TSSB at any frequency within the RF band

5185

•Two	  linear	  orthogonal	  polarizaHons	  •Max.	  cross-­‐polarizaHon	  -­‐20dB	  •Sidebands	  2SB	  (10dB	  image	  band	  suppression)	  •IF	  bandwidth	  Ø 	  4GHz	  2SB,upper	  and	  lower	  sideband	  D-­‐band	  VNA	  (Agilent	  Technologies)	  Freq:	  110-­‐170GHz	  Dynamic	  range:	  >80dB	  Full-­‐2port	  measurment 	Beam	  Padern	  Measurement	  System	  NSI Beam Patternmeasurement systemwith Agilent VNABand4	  Corrugated	  Horn	  Measurements	  Results	  (Main	  Beam)	  Cross-­‐secHonal	  view	  of	  the	  machined	  corrugated	  horn.	  

Beam	  padern	  of	  the	  machined	  corrugated	  horn	  	  Band4	  OMT	  Measurements	  Results	  Insertion Loss
0S21 [dB]-0.2-0.4-0.6
Vertical Port (TE01)
Horizontal Port(TE10)-0.8-1
120

125

130

135

140

145

150

155

160

165

170

Frequency [GHz]Return Loss

0-5

TE10

S11 [dB]-10

TE01-15-20-25-30-35-40
120

125

130

135

140

145

150

155

160

165

170

Frequency [GHz]

Isolation
0dB-10Isoration [dB]-20-30-40-50-60-70-80
120

125

130

135

140

145

150

Frequency [GHz]155160165170Band	  4	  Integrated	  2SB	  mixer	  LO	  coupler	  Mixer	  backshort	  cap	  RF	  IN	  RF	  blanch	  line	  coupler	  LO	  IN	  Mixer	  backshort	  cap	  Red:Trx(SSB)	  Blue:IRR	  Preliminarily	  Results	  of	  the	  2SB	  Mixer	  LLOO==113322GGHHzz

LLOO==113355GGHHzz

10010085 K allowed over 20% of band

9090808070706060Trx spec : 51 K

50

85 K allowed over 20% of bandTrx spec : 51 K50404030302020101000120125130

135140145125

130

Signal  Frequency  [GHz]LLOO==114400GGHHzz
10090908080707060

Trx spec : 51 K

50140145150155

LLOO==114455GGHHzz

10060135Signal  Frequency  [GHz]Trx spec : 51 K

50404030302020101000130135140145

150135140Signal  Frequency  [GHz]145
Signal  Frequency  [GHz]LLOO==115500GGHHzz

LLOO==115555GGHHzz

10010085 K allowed over 20% of band9080

70706060

Trx spec : 51 K

50

85 K allowed over 20% of band9080

Trx spec : 51 K

50404030302020101000140145150Signal  Frequency  [GHz]

155

160

145

150

155
Signal  Frequency  [GHz]160165

Band	  10	  カートリッジの場合	  リーダー：鵜澤佳徳	
• 国立天文台：基本設計・要素開発・詳細設計・製造・メンテナンス	  – ALMA国際共同建設のなかで、日本（国立天文台）が製造を担当するバンドの１つとして提案、承認を得る	  – 通信総合研究所より鵜澤佳徳准教授がリーダーとして着任	  – 通信総合研究所よりミクサー素子製作用のフィルム素材の提供を受ける	  – 小嶋崇文（大阪府立大院生、指導委託）がメンバーの一人として参加、ミクサーの改良に中心的役割を果たす	  – 小嶋崇文博士論文	  – 詳細設計、設計審査（PDR,	  CDR,	  MRR）、製造、品質管理	  – ALMA受信機への組み込み、メンテナンス	  ALMA	  –	  need	  for	  development	• Current	  ALMA	  =	  technology	  around	  2000	  	  – Basic	  design	  architecture	  in	  1998	  –	  2003	  – Example:	  Receiver	  frontend	  • 2003	  –	  ﬁrst	  version	  of	  speciﬁcaHons	  • 2005	  –	  Preliminary	  Design	  Review	  (PDR)	  • 2008	  –	  ﬁrst	  frontend	  at	  the	  site	  • 2010	  –	  CriHcal	  Design	  Review	  (CDR)	  • 2013	  –	  front	  end	  delivery	  complete	  ALMA	  development	  pathways	  	• A	  list	  of	  84	  items	  	  – Based	  on	  scienHﬁc	  discussion	  (ALMA	  Science	  Advisory	  Commidee,	  Project	  ScienHsts)	  • SensiHvity	  • ResoluHon	  • Field	  of	  view	  • Spectral	  coverage/Simultaneous	  frequency	  coverage	  • Imaging	  quality	  and	  calibraHon	  • Flexibility/Usability/Reliability	  and	  eﬃciency	  Priorities for EA•   Studies & Small Projects–   ALMA Calibration Source•   Calibration at bands 3,6,7–   High Critical Current Density (Jc) SIS Junction Device
Development (including THz devices)–   GPU Spectrometer for TP array (with KASI)•   Supplements the ACA correlator•   Projects–   Band 1 project (lead: ASIAA, Collaboration: NAOJ, U of Chile,NRAO, HIA)•   Baseline capability (35-50GHz)•   ASTE development project (but extendable to ALMA)–   Multi-beam receiver (with KASI)

教訓	
• プロジェクトのニーズと大学・研究所のニーズをよく考える	  – 科学的ニーズ	  – 技術的要求	  • 役割分担を考える	  – 大学：先端的、研究的開発	  • その中で学生が育つ	  – 天文台：共同利用を念頭に置いた装置の製作、メンテナンス	  • そのための組織、予算、人員	  • プロジェクトに参加したらプロジェクトマネジメントは不可欠	  – マイルストンを刻み、進捗を「見える化」	  – 新しいアイディアの導入や設計変更には、手続きを踏む（conﬁguraHon	  control,	  change	  control）