El Instituto de Radiación de Ingeniería de Ciencia de la Universidad de Prairie View A&M ha desarrollado y lanzado dos primeras cargas útiles de medición de radiación cósmica.
Recientemente, hemos diseñado y desarrollado dos cargas útiles innovadoras de radiación espacial con volumen de masa mínima (<1 kg) (<1 U), requisitos mínimos de potencia (~ 1 W), resolución máxima de las mediciones de partículas de radiación (resolución máxima de la resolución de píxeles (CMO) de sensores de semiconductor de óxido metálico (CMO) complementario). Ambas cargas útiles se construyeron en el Centro Espacial de Johnson de la NASA en los Estados Unidos.
Nuestro primer detector de píxeles de partículas de partículas de radiación (PPD) se lanzó a un espacio profundo a bordo de la nave espacial Shinnen-2 de Kit-Japan que fue hilada junto con la Hyabusa-2 (misión de exploración de aseroides) de Jaxa-Japón en 2014. Nuestra segunda carga de carga y la evaluación solar oriBosférica de las partículas de radiaciones radiadas (Sharp) cargadas (detector de partículas cargadas) (detector de partículas Sharp) (detector de partículas Sharp) (detectores de partículas Sharp) (detectores de partículas Sharp) (Sharp) se inició (CPD) en 2014. La nave espacial Ten-Koh de Kit-Japan en 2018 por el cohete H2 de Jaxa-Japón. Ambas cargas útiles se recopilaron con éxito y los datos se transmitieron a través del portal de comunicación por radiofrecuencia de la nave espacial a bordo. Nuestra primera carga útil recibió la mayor aprobación y honor de la Asociación de Ciencia e Ingeniería de Japón en 2016, recopilando con éxito datos de radiación y lo envió desde espacios profundos montados en la nave espacial Shinen-2 cerca de la órbita de Venus.
PPD: Primera medición de radiación profunda a través de ondas de radio
El primer detector de partículas de radiación basado en CMOS lanzado al espacio profundo ha sido exitoso y ha demostrado ser prometedor en varios otros avances con cinco características únicas:
La nave espacial SHINEN2 de carga PPD se lanzó el 3 de diciembre de 2014 como parte de Hayabusa2 en una órbita elíptica alrededor del sol (moviéndose entre Marte y Marte Orbits en la órbita de la Tierra) (una segunda muestra de exploración de exploración de asteroides objetivos de retorno). Diseñado y construido por el Instituto de Tecnología Kyushu (KIT-Dapan), la nave espacial Shinen2 es hexagonal de 15 kg, 47 x 49 x 49 cm de construcción, construida con un polímero ligero y duradero reforzado con fibra de carbono (CFRP), con paneles dobles cargados en cada MOUF lateral. Shinen2 demostró el éxito enviando datos de la órbita lunar. La única carga útil de Shinen2 es un detector de radiación diseñado y construido por la Universidad Prairie View A&M (PVAMU), en colaboración con el Centro Espacial Johnson Johnson (NASA-JSC), la Universidad de Texas (UT-Austin), la Universidad de Nevada y Las Vegas (UNLV). Detector de píxeles de partículas radiantes (PPD), estructura de cubos de 10 x 10 x 10 cm, capacidad única para enlacarse a los datos a (i) bajo peso (~ 800 gr), (ii) baja potencia (~ 1 w), (iii) Alta confiabilidad durante varios años (~ 5 años), (iv) (iv) (iv) Rango de tolerancia en los entornos de la tierra de los entornos de temperatura baja en un amplio rango de entornos de temperatura (iv) Bits Bits). (Kilobytes menos). Nuestro PPD de carga útil utiliza dos sensores CMOS y una matriz de compuerta programable de campo de curado de radiación diseñada personalizada (FPGA) para mantener un entorno radiante de espacio profundo con la capacidad de estimar la energía y el flujo de partículas. Esto se debe a que el 85% de los protones y el 14% del alfa en la composición de rayos cósmicos galácticos (GCR) suelen ser ecológicos.
Sharp-CPD: Primera medición de rayos X usando el sensor CMOS
Construcción y lanzado el 29 de octubre de 2018 como parte de la nave espacial de 10 Koh del Instituto Kyushu de la órbita del kit para Jakusa, la órbita polar de la Tierra de Japón, la primera carga útil CPD de este tipo fue en la órbita polar de la Tierra a 93 grados de ~ 600 km por la órbita polar de Japón.
Esta carga útil única consta de seis sensores de radiación, dos detectores de rayos X y un espectrómetro de partículas. Esta innovadora combinación de sensores se puede clasificar mejor en siete características destacadas.
El espectrómetro de partículas de riurina personalizado desarrollado por la Academia de Ciencias de Bulgaria (BAS) se diseñó aún más para recolectar mediciones de radiación junto con otros seis sensores de radiación de PVAMU para comparaciones de dimensiones adicionales. Un conjunto de dos sensores de radiación está cubierto con esferas de polietileno para recopilar datos sobre la efectividad del escudo de radiación. «Otro conjunto de dos sensores está cubierto de poliestireno para evaluar las mediciones de la dosis durante un largo período de tiempo. Hay dos sensores abiertos que recopilan mediciones de radiación ambiental. El diseño pionero de la carga útil de CPD también presenta dos conjuntos de sensores integrados con materiales electrizos con mazos con el marco de datos polar. Siempre.
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Detalles de Shinnen-2 y Ten-Kho de Raise-USA.
Detalles de Shinnen-2 de Kit-Dapan y Ten-Kho.
Socios clave:
• Profesor Saganti (EE. UU.) – Un científico líder
Profesor Holland (EE. UU.) – Ingeniero principal
• Profesor Cucinotta (EE. UU.) – Modelado principal
• Profesor Okayama (Japón) – Arquitecto principal
• Profesor Dachev (Bulgaria) – Medidas principales
Detector de estructura de pista de radiación (TSD): para la mayor resolución de la microdosimetría más alta y las imágenes en tiempo real
• Dimensiones del sensor CMOS: 0.644 cm (h) x 0.461 cm (v)
• Píxeles activos totales: 3664 (h) x 2748 (v) = 10,068,672
• Cada tamaño de píxel: 1.67 µm x 1.67 µm
• Unidad general: 10 cm x 10 cm x 2 cm (placa sensor +
Tablero de control) Titular impreso en 3D
Recientemente, hemos desarrollado un sistema de detector de la estructura de seguimiento de la ruta de radiación espacial (TSD) basado en CMO (TSD) basado en óxido de metal complementario para capturar y analizar pistas de iones pesados con tamaños de células superiores a 10 m píxeles con un sensor de ~ 1 cm², 1.67 micras por resolución de píxeles.
Para caracterizar la estructura de la pista de partículas de iones pesados a nivel de micras, recopilamos datos que contienen varios iones pesados de diferentes energías, incluidos los iones de carbono en el Laboratorio Nacional de Brookhaven (BNL) -US NASA Cámara de radiación espacial (NSRL), así como iones de carbono en el acelerador médico de iones pesados en la facilidad de KIBA (HIBA). Debido al reciente interés extenso en la terapia de partículas para diversas aplicaciones terapéuticas, hemos calibrado detectores de estructura de vía para varios iones, incluidos iones de helio, carbono, oxígeno y hierro (55 MeV-300 MeV) en NSRL y HIMAC. Todos los experimentos que utilizan el sistema detector se han mejorado con muestras biológicas que utilizan adaptadores de portaobjetos de cámara personalizados diseñados para estar en la parte superior de la unidad de sensor para correlacionar la distribución espacial de las estructuras de vía con la distribución espacial de los impactos orbitales en los tamaños de las células.
Los datos de las imágenes de seguimiento de partículas en la resolución de micron utilizando una unidad de sensor CMOS desarrollada personalizada son extremadamente prometedores para interpretar la longitud de la pista y la distribución espacial de la radiación en el tamaño de la celda. Nuestros datos también prometen estudiar fragmentos a lo largo de trayectorias de partículas. Los resultados de las pistas de iones de carbono y los impactos celulares se presentan junto con observaciones de otras estructuras de vía de iones pesados. Estos TSD se mejorarán para los datos 3D en las dimensiones celulares en el futuro cercano y se pueden desarrollar personalizados para una variedad de aplicaciones médicas, si es necesario, para la evaluación en tiempo real de varias opciones de radioterapia terrestre y operaciones de exploración espacial humana.
Apoyo de la investigación:
EE. UU. – Seth Saganti, Sonia Kolli, Mahmudur Rahman, Ramesh Dwyivi, Blaine Kadnik, Gary Erikson, Richard Hagan, Xiaodong Hu, Jordan Lone, Andrew Bateman, Karina Menez, Megumi Hada, Hehen Wang.
Japón – Isai Fajardo, Jesús González Lorente, Rafael Rodríguez.
Bulgaria – Pramen Dimitrova, Borislav Tomova, Uri Matviichuka.
Alemania – Shannon Adler contribuyó y editó esta publicación.
Este artículo también aparece en Space Special Focus Publication.
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