Integrazione dei rivelatori

1. Corso di Rivelatori per lo Spazio Integrazione dei rivelatori Dr. Emanuele Pace Giugno 2006

2. E. Pace - Rivelatori per lo spazio

3. Obiettivo della Missione Richieste dello user Limiti politici Limiti economici Richieste per la missione Prestazioni Affidabilità Copertura Costi Durata Specifiche per la sonda Orbita Potenza Configurazione Massa Operazioni Lanciatore Volume Massa Environment Ground segment Stazioni di terra Data processing Specifiche per i sottosistemi Termico Potenza Comunicazioni Struttura Elettronica Controllo d’assetto Obiettivi e specifiche E. Pace - Rivelatori per lo spazio

4. Sottosistemi Space segment Payload Bus Struttura (5) Controllo d’assetto e di orbita (1) (4) Termico (1) (6) Propulsione (1) (4) Power (7) Telemetria (2) e comandi (3) Data handling (2) Meccanismi (5) I numeri tra parentesi sono riferiti ai requisiti di funzionamento riportati nella diapositiva successiva E. Pace - Rivelatori per lo spazio

5. Sviluppo di un satellite • Qualifica dei componenti • Electrical Model: electrical tests EMC tests Procedure di check pre-lancio • Structural Model: thermo-vacuum test vibration tests • Flight Model Engineering Model Proto-Flight Model E. Pace - Rivelatori per lo spazio

6. Sottosistemi: telemetria Esempi di telemetria: E. Pace - Rivelatori per lo spazio

7. Sottosistemi: alimentazione • Fornita da batterie: • Nickel-cadmio • Zinco-Argento • Erogano una tensione continua di 28 V ± 2V • L’alimentazione deve anche provvedere a • Riscaldatori • Motorizzazioni • Funzioni pirotecniche E. Pace - Rivelatori per lo spazio

8. Limita il peso dei cavi Standard da applicare al bus PS • Bus di tensioni costanti giorno e notte: • 28 V per potenze fino a 1,5 kW • 50 V per potenze fino a 8 kW • 100 V e 120 V per potenze maggiori • Valori nominali del regolatore principale in condizioni stazionarie entro ± 0,5 % • Per transienti di carico fino al 50 % del carico nominale i transienti sul bus non devono superare l’1 %, le tensioni del bus devono rimanere entro il 5 % del valore nominale. In caso di rottura del fusibile, il riavvio del sistema non deve provocare un overshoot maggiore del 5 % del valore nominale del bus. • Valore del ripple di tensione inferiore al 0,5 % picco-picco della tensione nominale del bus. • Spikes di tensione relativi alle commutazioni inferiori al 2 % picco-picco della tensione nominale del bus (misurata con un oscilloscopio analogico con banda-passante minima di 50 MHz minimum o con un oscilloscopio digitale che offra prestazioni equivalenti o migliori). E. Pace - Rivelatori per lo spazio

9. Power Supply Detectors Sources Low Voltage High Voltage Batteries CCU TCU Thermal control PS control Lid mechanism Emergency Actuators Focal Surface Calibration Detectors MARS - ASIC Electronics Telemetry Trigger & DH LIDAR & IR camera Esempio: EUSO E. Pace - Rivelatori per lo spazio

10. CAEN S9030 PS Module E. Pace - Rivelatori per lo spazio

11. Batterie E. Pace - Rivelatori per lo spazio

12. Cablaggio Anche il cablaggio del sistema PS deve soddisfare una serie di condizioni e di specifiche • Nessuna parte del cablaggio deve essere usata come supporto meccanico. • La trasmissione di potenza deve avvenire mediante cavi “twisted” con il proprio ritorno per minimizzare l’area dei loop di corrente e l’induttanza parassita dei cablaggi. Nel caso che il ritorno avvenga attraverso la struttura, i cavi di tensione devono passare in prossimità dei piani di massa. • La distribuzione di potenza deve essere protetta in modo che sovra-correnti nei cavi non posano provocare interruzioni su altri cavi. • L’induttanza dei cavi per un bus regolato, dal nodo di distribuzione al carico deve essere tale che la frequenza di taglio sia almeno 5 kHz: L < R/ 2f L induttanza dei cavi in H R resistenza dei cavi in Ω f frequenza di taglio in Hz E. Pace - Rivelatori per lo spazio

13. DB: form & contents Questions for the time being... • Probably Several DB (info inter-relation, common interface) • Which type of DB ? Which SW and access tools? • Organisation/inter-relations are crucial point! And highy dependent on contents specification • Which information do we want to store? • Which parameters do we need to get for reconstruction? • I/F with end-to-end simulation and reconstruction • Accessing different types of info with single tool (external DB) E. Pace - Rivelatori per lo spazio

14. Detector calibration DB Requires some basic assumptions... • Data contents • Detector: basic scheme and main parameters • Which calibration information will we have? • Collected information • Information to be used on reconstruction • Information used to generate configuration parameter for uploading E. Pace - Rivelatori per lo spazio

15. Calibration • Pre-flight absolute calibration @ 3 different wavelengths Gains (G) and pedestals (p) Single p.e. peak • On-board: relative calibration (stability) • Stable illumination of full FS (~1s, daily basis ) • Threshold scan => p.e. signal discriminator level • Separate monitoring of the OM? One complete FS threshold scan every 2 months Illumination of the FS daily? E. Pace - Rivelatori per lo spazio

16. Calibration design in the Red Book Flux on FS = 5 x 109 ph/s = 950 ph on FS = 0.2 ph / MAPMT ~10-2 ph / px E. Pace - Rivelatori per lo spazio

17. Electronics box 30 mm 50 mm Multiple-LED source E. Pace - Rivelatori per lo spazio

18. 8 mm 0.5 mm Lab for testing E. Pace - Rivelatori per lo spazio

19. DAFNE-L: synchrotron beam facility for optical calibration from MIR to X-rays. Optical systems up to 4 m. Large beamline facility UV facility X-ray facility IR facility SOURCE: OGSE E. Pace - Rivelatori per lo spazio

20. Test di vibrazione Table 2. Random Vibration Table 3. Sine Burst Table 1. Sine Sweep (Normal mode search) E. Pace - Rivelatori per lo spazio

21. Sine sweep x direction Sine sweep z (vertical) direction Random vibration x direction Random vibration z (vertical) direction Test di vibrazione E. Pace - Rivelatori per lo spazio

22. Laboratori di supporto • XUVLab -DASS • INOA • INFN E. Pace - Rivelatori per lo spazio

23. Esempio: HERSCHEL • Missione solare HElium Resonant Scattering from HELiosphere • Immagini del sole nell’EUV • Coronografo nel VIS/EUV • Volo previsto per il 2007 da White Sands Sommario Primi passi… Sonde per superare l’atmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIA KAO Razzi sonda HERSCHEL Obiettivo principale della missione: Osservare il Sole alla riga di emissione dell’He ionizzato (30.4 nm), in particolare nella corona fino a 2 raggi solari E. Pace - Rivelatori per lo spazio

24. Predicted Intensity in the UVC HI, Visible-light Channels The HI 121.6 nm curves are actual data from UVCS/SOHO. Visible light intensity is derived from averaged electron density and temperatures. Also shown is the HI geocoronal emission. E. Pace - Rivelatori per lo spazio

25. HERSCHEL Requirements • Maximum quantum efficiency • Large sensitive area • Very low noise • Fast pixel rate (> 1 MHz) • High dynamic range (16 bits A/D conversion) E. Pace - Rivelatori per lo spazio

26. E. Pace - Rivelatori per lo spazio

27. Esempio: HERSCHEL E. Pace - Rivelatori per lo spazio

28. Esempio: HERSCHEL E. Pace - Rivelatori per lo spazio

29. UV VISIBLE Esempio HERSCHEL E. Pace - Rivelatori per lo spazio

30. Rocket Battery Sequencer Clock Driver Voltages Start & control signals Peltier Voltage Read-out clocks Temperature slope control Peltier Power Supplies CCD Peltier Preamplifier image Space Wire Power Supplies Bias generator Biases 16 bits Video signal Encoded data CDS ADC Voltages 16 bits CCD camera case On-board PC Trigger & Control signals Control signals Temperature control LCVR controller Polarimeter LCVR Camera overview E. Pace - Rivelatori per lo spazio

31. Camera overview E. Pace - Rivelatori per lo spazio

32. PCBs development CDS & ADC E. Pace - Rivelatori per lo spazio

33. PCBs development CCD & Preamp E. Pace - Rivelatori per lo spazio

34. Camera sensor Frame size 1024 x 1024 Pixel size 13 micron Frame transfer Front or back illuminated Inverted or non-inverted mode Read-out noise 2 e- CCD 47-20 E. Pace - Rivelatori per lo spazio

35. EUSO  = 330 ÷ 400 nm E. Pace - Rivelatori per lo spazio

36. Il piano focale (r,) Il piano focale (x,y) PDM MAPMT Microcella Macrocella E. Pace - Rivelatori per lo spazio

37. Phase-A Results R8900-M36 R7400-M256 +Optical Adaptor E. Pace - Rivelatori per lo spazio

38. Weight of single lens  (nm) Geometric Efficiency (%) Total Weight Radiometric Efficiency (%) 3.74 g 20.7 kg 337 99.5 94.7 PMMA BG3 357 99.5 95.6 24.0 mm 391 99.5 94.4 27.0 mm Window MAPMT mirror Optical adapters: coatings E. Pace - Rivelatori per lo spazio