Progetto CSES/Limadou. Riunione CSN II Settembre 2015

Transcript

1 Progetto CSES/Limadou Riunione CSN II Settembre 2015

2 L esperimento CSES/LIMADOU Partecipazione italiana al satellite CSES (China Seismo Electromagnetic Satellite): sviluppo di strumentazione innovativa per la misura - dallo spazio - di perturbazioni magnetosferiche e la loro correlazione con fenomeni sismici. Il contributo dell Italia riguarda la realizzazione di uno tra gli strumenti scientifici più importanti a bordo di CSES: un rivelatore di particelle energetiche, detto HEPD (High Energy Particle Detector). Ulteriore contributo è lo sviluppo del modello ingegneristico delle quattro sonde per la misura del campo elettrico (EFD), montate su appositi boom dispiegabili. L interesse della collaborazione italiana alla missione consiste nella possibilità di sfruttare il volo di CSES per la misura di raggi cosmici di bassa energia (pochi MeVà centinaia di MeV), proseguendo un indagine dei raggi cosmici che è iniziata 25 anni fa.

3 -1 7 PAMELA All overall particles s sr GeV/N) 2 Flux (m Proton (SAA) Proton (Flare) PAMELA results 3 Proton Helium results 2 2 H (rat.) 3 He (rat.) Antiproton (SAA) Carbon 1 Boron Electron -1 Positron -2 Antiproton E (GeV/N)

4 -1 7 PAMELA All overall particles s sr GeV/N) 2 Flux (m Proton (SAA) Proton (Flare) PAMELA results 3 Proton Helium results 2 2 H (rat.) 3 He (rat.) Antiproton (SAA) Carbon 1 Boron Electron -1 Positron -2 Antiproton Limadou -3-4 energy -5 window E (GeV/N)

5 ACCORDO PER L HEPD L' Implementation Agreement on playload cooperation onboard CSES (China Seismo-Elettromagnetic Satellite) between INFN and the DFH Satellite Co.Ltd. prevede la consegna dei seguenti modelli dell'hepd: un Electrical Model (EM) rappresentativo delle interfacce elettriche ed elettroniche, consegnato ad Agosto 2014 e testato con successo presso la DFH Satellite Co., Ltd di Pechino ad Ottobre 2014; uno Structural & Thermal Model (STM), rappresentativo della interfacce termiche e della distribuzione di massa, consegnato a Febbraio Lo STM è stato già testato con successo sia a livello strutturale (Giugno 2015) che a livello termico (Luglio 2015) presso la DFH Satellite Co., Ltd di Pechino.

6 ACCORDO PER L HEPD un Qualification Model (QM), completamente rappresentativo delle funzionalità dell'apparato di volo da utilizzare per i test di qualifica e la cui spedizione in Cina, inizialmente prevista alla fine del mese di Gennaio 2015, è stata successivamente posticipata alla fine del Come richiesto dalla controparte cinese, la spedizione del QM è subordinata all'accettazione dei risultati dei test di qualifica che si svolgeranno in Italia nel periodo Ottobre-Novembre un Flight Model (FM), l'apparato di volo la cui spedizione in Cina, inizialmente prevista mese di Settembre 2015, è stata successivamente posticipata alla fine di Gennaio Come richiesto dalla controparte cinese, la spedizione del FM è subordinata all'accettazione dei risultati dei test di accettazione che si svolgeranno in Italia nel periodo Dicembre 2015-Gennaio 2016.

7 HIGH ENERGY PARTICLE DETECTOR (HEPD) SPECIFICATIONS Energy range n n Electron: 3 MeV~200 MeV Proton: 30 MeV~300 MeV Angular resolution<8º@ 5 MeV Energy 5 MeV Particle Identification>90% Maximum Omni-directional Flux: 7 cm -2 s -1 sr -1 (accepted by trigger before prescaling) Operating temperature: - ºC ~ + 35 ºC Mass (including electronics) 38 kg Power Consumption 43 W Scientific Data Bus: RS-422 Data Handling Bus: CAN 2.0 Life span: 5 Years

8 HEPD DESIGN two planes of double-side silicon microstrip detectors which provide the direction of the incident particle two layers of plastic scintillators for trigger (one thin segmented counter S1 and one deep counter S2) a range calorimeter made of: n 15 layers of plastic scintillator planes ( cm 3 ) read out by PMTs; n a 3 3 matrix of inorganic scintillator LYSO ( cm 3 ) read out by PMTs; the calorimeter volume is surrounded by 5 mm thick plastic scintillator veto planes; a main Power Supply (PS) provides low voltage for the detector electronics and a high voltage PS provides high bias voltage for PMTs and Silicon modules; five electronic boards: CPU, DAQ, PMT/Trigger, Power Control, HVPS Control

9 HEPD STRUCTURAL & THERMAL MODEL (STM) The HEPD Structural & Thermal Model (STM) has been tested at SERMS facility at the end of January 2015 and shipped to China in February 2015 with its Mechanical Ground Support Equipment (MGSE). The HEPD-STM has been successfully tested and approved by DFH Satellite Co., Ltd after the Structural Model Test (SMT) at satellite level held in May-June 2015 The HEPD STM has been successfully tested and approved by DFH Satellite Co., Ltd after the Thermal Model Test (TMT) at satellite level held in July 2015

10 HEPD ENGINEERING QUALIFICATION MODEL (EQM) An Engineering Qualification Model (EQM) of the HEPD has been realized to check the response of some critical parts of the detector subsystem at qualification level vibration tests. Some critical parts of the detector (PMTs, scintillators, LYSO crystals, silicon detector ladder) of that model have been made with real components of the HEPD-QM and their functionality has been checked before testing. The HEPD-EQM has been tested at Qualification Test level at Intermech Mo.Re. in Modena at the end of July Accurate checks showed that critical parts (PMTs, scintillators, LYSO crystals, silicon detector ladder) have not been damaged and their functionality has not been affected. Test results indicated minor modifications of the detector and a box re-design is required to fulfill the vibration level specifications required to the Qualification Model (QM).

11 HEPD QM & FM DEVELOPMENT STATUS (1) The development status for all subsystem and instrument parts of the HEPD QM and FM is reported below. Development and testing of the HEPD software (CPU scheduler, DAQ DSP processing,...). Development and testing of HEPD VHDL (SpaceWire slow control link, DECSD control and acquisition) is ongoing Subsystem Component Responsible Development Status Supplier Comments DECSD Silicon modules INFN-PG 120 modules produced + 40 to produced by the end of September. 40 tested + to be tested by the end of July. 14 FM + 15 QM FBK Delivered modules under test. Acceptance criteria: defects < 2% (FM grade), 2% defects < 5% (QM grade) DECTD Trigger planes made of plastic scintillators INFN-BO Delivered Eljen Industrial production under control. Required 50µm tolerance DECED Plastic scintillators planes INFN-BO Delivered Eljen Industrial production under control. Required 50µm tolerance LYSO crystals INFN-TV All 21 crystals delivered, 6 tested Scionix Industrial production under control. Required 0µm tolerance DECVD Veto planes made of plastic scintillators INFN-BO Delivered Eljen Industrial production under control. Required 50µm tolerance

12 HEPD QM & FM DEVELOPMENT STATUS (2) Subsystem Component Responsible Development Status Supplier Comments ELS Silicon detector hybrid circuit INFN-PG To be delivered by the end of July (20 ladders) Artel Industrial production under control VA VLSI for DECSD INFN-PG Commercial VLSI. All 200 chips delivered. Ideas Same used in DAMPE FE circuits for DECTD, DECVD and DECED INFN-BO INFN-TV Design completed. Commercial PMTs with ad-hoc vacuum qualified resistive partitor chip. Hamamatsu All PMTs delivered Easiroc FE chip for DECTD, DECVD and DECED INFN-NA Commercial FE chip already used by INFN-TV for SiPM read-out Omega All 20 chips delivered PMT/trigger board (aka EASIROC board) INFN-NA Design completed. Prototype board tested. Zener Industrial production under control DAQ board INFN-TV Design completed. Development board delivered by the end of July AMDL Industrial production under control. CPU board INFN-TV Design completed. Development board delivered by the end of July NEAT Industrial production under control. Power Control board (aka TM/TC board) INFN-TV Design almost completed Innovation Design Industrial production under control.

13 HEPD QM & FM DEVELOPMENT STATUS (3) Subsystem Component Responsible Development Status Supplier Comments MEC Silicon plane ladders and integration jig INFN-PG Design completed. Complete mechanical structure produced for STM. N/A Produced by INFN-PG HEPD FM mechanical structure INFN-BO Design completed for detector. Electronic box design almost completed. Detector structure produced for STM. QM structure to be assembled. EUROMEC Industrial production under control. HEPD electronic box (board modules, LVPS module and HVPS box) UTIU INFN-TV Design almost completed. Design: C&C Modules and HVPS box, connectors, cables: misc Industrial production under control. Thermal control system INFN-BO Design almost completed. N/A Produced by INFN-BO PWS LVPS modules UTIU INFN-TV Custom DC/DC converters with industrial grade components. 6 modules refurbished, delivered and tested Aerospazio Based on AMS DC/DC converters HVPS modules UNITN UTIU INFN-TV Custom DC/DC converters with industrial grade components. 20 QM modules delivered and tested. 40 FM modules delivered by September Aerospazio Industrial production under control. HVPS control board UTIU INFN-TV Design almost completed. Based on CALET design. Artel Industrial production under control.

14 LIMADOU: cose fatte nel 2015 Nel 2015 sono state portate a termine le seguenti attività: - Critical Design Review CDR con ASI: si è chiuso il design dello strumento. - Invio modello termico e strutturale STM dell HEPD in Cina (Febbraio 2015) - Test di vibrazione e meccanici in Cina (Maggio-Giugno 2015) - Inizio test rivelatore di campo elettrico EFD nella camera a plasma dell INAF-IAPS (?????) - Test termici dell STM in Cina (Luglio 2015) Tutte le operazioni hanno seguito la schedula prevista. Ci sono alcuni mesi di ritardo nei test termici dell STM non derivanti da noi ma dalla controparte cinese.

15 LIMADOU: cose da fare nel 2015/16 Nel Realizzazione del Modello di qualifica QM dell HEPD e consegna in Cina (fine 2015) - Test del QM in Italia - Test e qualifiche delle varie parti del modello di volo (FM) - Integrazione dell FM dell HEPD nelle camere pulite di Roma ToV, calibrazione, consegna in Cina a Febbraio Test su fascio del QM (riportato indietro dalla Cina) presso acceleratori (seconda metà 2016)

16 Composizione del gruppo LIMADOU nel 2016 Sede FTE Bologna 1.9 LNF 0.3 Napoli 1.5 Perugia 1.6 RM2 5.8 Trento 2.7 TOT 13.8

17 Finanziamenti 2015 Richieste: 294 keuro Assegnate: 115 keuro + 32 fondo indiviso = 147 keuro (da sbloccare ancora 28 keuro indiviso, per cui faremo richiesta) Fondi interamente spesi per lo sviluppo dell esperimento, come richiesto in Commissione, per far fronte alla perdita dell IVA dal premiale ASI.

18 ATTIVITÀ ASI-INFN PROGETTO PREMIALE LIMADOU Il 30/01/2015 si è svolta con successo, con i responsabili ASI del Progetto Premiale Limadou fase B/C/D1, la Shipment Review (SR) dello Structural & Thermal Model (STM) dell'hepd presso il Laboratorio SERMS di Terni. Il /02/2015 si è svolta presso l'asi la Critical Design Review del Progetto Premiale Limadou fase B/C/D1. Il 24/04/2015 si è tenuto presso l'asi il tavolo negoziale del Progetto Premiale Limadou fase D2 (finanziamento per integrazione e test Flight Model (FM) HEPD, studio Ground Segment HEPD) L'11/06/2015 si è tenuto presso l'asi il tavolo negoziale dell' Addendum al Progetto Premiale Limadou fase B/C/D1 (finanziamento per completamento procurement e realizzazione Flight Model (FM) HEPD, integrazione e test Qualification Model (QM) HEPD, installazione e test HEPD FM su satellite, realizzazione Ground Segment HEPD, commissioning HEPD, test EFD-EM e payload cinesi) Il 16/07/2015 si è svolto presso l'asi il Kick-Off (KO) meeting del Progetto Premiale Limadou fase D2 Il 30/07/2015 si è svolta presso l'asi la Riunione di Avanzamento 1 (RA1) del Progetto Premiale Limadou fase B/C/D1 come previsto dalle milestone ridefinite in seguito all'approvazione dell'addendum.

19 Richieste 2016 LIMADOU Capitolo Descrizione Richiesta (Keuro) MISSIONI 1. Riunioni tecniche di collaborazione in Italia 2. Riunioni di analisi dati in Italia (simulazioni, dati su fascio e raggi cosmici) 3. Test dell FM e del QM presso acceleratori à 45 CONSUMO TRASPORTI 1. Metabolismo 2. Materiale di supporto per test su fascio 3. 1 HD per simulazioni (NA) 1. Trasporto strumenti e materiale per test su fascio (BO, PG, RM2) à 23 1 TOTALE 74 keuro Le richieste coprono spese non previste dal contratto ASI (missioni in Italia, test presso acceleratori)