SATRAM na palubě družice Proba-V

Družice Proba-V nese do vesmíru radiační detektor z CERNu

22 duben 2013

Minidružice ESA Proba-V bude sledovat především vegetaci na zemském povrchu, ale kromě toho se má zabývat také sledováním prostředí, které ji obklopuje. Ponese tak nový detektorový čip založený na technologii původně vyvinuté pro Velký hadronový urychlovač v CERNu: ten bude umístěný na vnějším plášti družice a bude měřit radiaci ve vesmíru. 

Proba-V s objemem menším než jeden metr krychlový kromě toho ponese pět dalších technologických experimentů. Mezi nimi jsou dva přístroje pro měření radiace, které budou sledovat nabité částice, s nimiž se minidružice setká.

Větší z nich je širokoúhlý EPT (Energetic Particle Telescope), který postavil hlavní dodavatel družice, belgická společnost QinetiQ Space.

EPT
Přístroj EPT

Kromě něj nese Proba-V ještě menší přístroj založený na čipu Timepix, který hlavní radiační detektor doplňuje.

„Při misi Proba-V to bude poprvé, co bude tento čip vystavený podmínkám kosmického prostředí,“ vysvětluje Zdeněk Kozáček ze společnosti CSRC (Czech Space Research Centre), která je hlavním dodavatelem zařízení SATRAM (Space Application of Timepix-based Radiation Monitor).

Timepix používá křemíkové čidlo s rozlišením 256 krát 256 pixelů. Každý pixel – má plochu 55 mikrometrů čtverečních, což představuje zhruba poloviny tloušťky průměrného lidského vlasu – obsahuje samostatnou elektroniku, díky čemuž je citlivý na jednotlivá množství ionizující radiace.

Velký hardonový urychlovač v CERNu

Původ čipu je přitom třeba hledat hluboko pod švýcarsko-francouzskými hranicemi: CERN potřeboval detektor s odpovídající citlivostí a dynamickým rozpětím, který by byl schopen zaznamenávat výstupy z Velkého hadronového urychlovače poté, co se tento stane operačním.

„Poté, co byla tato technologie vyvinula, bylo ustaveno konsorcium Medipix, které hledá cesty k jejímu dalšímu využití na poli fyziky vysokoenergetických částic,“ vysvětluje Zdeněk Vykydal z Institutu experimentální a aplikované fyziky (IEAF) při ČVUT, který se stal partnerem CSRC pro SATRAM.

Družice Proba-V

„Startovacím místem byla úprava čipu pro rentgenovou radiografii. Nakonec se tyto špičkové detektory ukázaly tak silné a flexibilní, že rozsah jejich aplikací je mnohem širší.“

„Je využívaný ke všemu možnému od testování kompozitních materiálů po fotografování těl hmyzu, od neutronové termografie po testování historických obrazů.“

Coby prominentní člen konsorcia Medipix, IEAF už dříve vyvinul čtecí rozhraní i software pro získávání a zpracování dat, a to pro celou rodinu těchto čipů. Stejně jako na jeho půdě vznikly pokročilé kalibrační metody.

Potenciál této technologie při využití ve vesmíru je obrovský, dodává Carlos Granja z IEAF: „Přesná analýza stop částic – jako třeba rekonstrukce silničních nehod z brzdných drah zanechaných na silnici – umožňuje identifikovat typ a energii nabitých částic. A stejně tak dovoluje sledovat jejich původní dráhu letu a vyhledat zdroj jejich původu, čímž vzniká jejich mapa.“

„Ve spolupráci s NASA a Houstonskou univerzitou shodné čipy již létají ve vesmíru, a to jako miniaturizované dozimetry pro členy Mezinárodní kosmické stanice. Ty jsou ale instalované uvnitř hermetizovaných modulů, nikoliv v otevřeném prostoru.“

South Atlantic Anomaly

The SATRAM detector attached to Proba-V is a highly compact 350 g payload running on just 2 W of power, designed to perform precise measurements of the space radiation environment for space weather monitoring as well as satellite operations.

“The detector is really more of a platform device than a scientific instrument,” adds Mr Vykydal. “We want to monitor radiation that could interfere with satellite functioning, so future missions might fly with it as standard.”

In the first phase, the SATRAM team will demonstrate the payload’s operations in space, retrieving all results from the chip for analysis, progressing to a second phase where algorithms will be uploaded for automated onboard analysis, with only end results returned to Earth.

Proba-V’s 820 km-altitude polar orbit is expected to encounter a wide range of radiation levels – its orbit regularly passes through the South Atlantic Anomaly, a ‘dip’ in Earth’s magnetic field where the charged particle flux is orders of magnitude higher.

Rapid development

SATRAM payload under test

“We were glad of the opportunity to fly, though it made for an extremely challenging development schedule,” explained Mr Kozáček, who oversaw the design, assembly and validation of the payload. “The contract was signed at the end of 2011 and the flight hardware was being integrated onto the satellite nine months later.”

A private company, CSRC’s history in space far predates the Czech Republic’s 2008 membership of ESA. Founded in 1994, it contributed instrument hardware to ESA’s Integral X-ray observatory, part of a propulsion unit to the Agency’s SMART-1 Moon mission and Langmuir probes to France’s Demeter experimental earthquake-detector, as well as similar hardware to ESA’s Proba-2.

CSRC, working with Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering of the Czech Technical University in Prague, is also contributing through Astrium to the Atomic Clock Ensemble in Space experiment destined for the Space Station, which should measure time more accurately in space than ever before.

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.