Qualifica spaziale di componenti e strumentazione scientifica. Giovanni Ambrosi INFN Perugia

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1 Qualifica spaziale di componenti e strumentazione scientifica Giovanni Ambrosi INFN Perugia LNGS, 5 Maggio 2005

2 Goal (ambizioso ) Individuare cosa e' necessario per trasformare uno strumento di fisica delle alte energie a terra in uno adatto allo spazio Alcune (molte) delle cose dette possono sembrare (essere) ovvie: nelle applicazioni spaziali anche le cose ovvie vanno verificate

3 Quale approccio seguire? Spaziale: uso di materiali e componenti già qualificati disegno da parte di personale qualificato costruzione, da parte di personale qualificato, di due apparati Particellare: qualifica dei propri materiali e componenti disegno e costruzione in casa

4 Stress meccanici: Lancio Termica I problemi nuovi rispetto al laboratorio Vuoto, assenza di gravità Radiazione: Dose totale Single Event Effects Potenzalimitata Affidabilità completa

5 Hardware disegnato per Low Earth Orbit (AMS case) Static loads Vibration Depressurization 0g & Vqacum Temperature range Ionizing radiation Heavy ion (SEE) Atomic O, Solar UV Space junk Elecromag. compa g 6.8g rms 1 to 0 atm. in 60 sec. No convection, outgassing -20 to +50 C for electronic ~1Krad/year Latch ups, bit flip Etching & aging Impact With ISS, within AMS missione missione D E E

6 Hardware disegnato per Low Earth Orbit (AMS case) Static loads Vibration Depressurization 0g & Vqacum Temperature range Ionizing radiation Heavy ion (SEE) Atomic O, Solar UV Space junk Elecromag. compa Disegno meccanico Disegno meccanico, test Disegno meccanico Disegno termico, materiali, test Selezione componenti, test Selezione componenti, test Selezione componenti, test, disegno elettronico Materiali Disegno meccanico Shield, grounding, test D E E Nessun accesso: ridondanza, affidabilita, test, test, test, test, test

7 High Energy Physics Electronics to Low Earth Orbit Components Performance, Beam Test Prototype Prototype Prototype Models EM QM1 QM2 FM, FS (==QM2) Testing functional + Vibration, Thermal + Thermal- Vacuum, EMC, Prod. All (min level)

8 AMS-02 Electronics Component Selection Reliability experience, datasheets Thermal requirements (-40 to +85 C)datasheets,test Space use Casaccia heritage, fabrication process technology Single lot procurement & Screening process Total dose (1000 Rad/year) test Single Event Effects Latch-ups & Upsets: test Date Location Ions LET MeV/mg/cm 2 Test/Pass Nov 00 GSI, Darmstadt Xe, Au, U / 11 Nov 01 GSI, Darmstadt Kr, Au / 18 Dec 01 May 02 GSI, Darmstadt GSI, Darmstadt Catania U U / 4 33 / 29 Feb 03 LNS, Catania Design modified for some components for: retest Kr / 5 Latch-up & Bit flip protection.

9 Radiation hard electronics Il problema sono i SEE (Single Event Effect) Silicon front end chip VA_hdr9a Tutti i componenti attivi vanno testati per SEU and SEL

10 Test di vibrazione Attenzione alle risonanze

11 Test di vibrazione Qualification level = 6.8g RMS 19.1 g RMS

12 Test di termovuoto

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14 Facility per la qualifica Camera per TVT Tavolovibrante Sorgenti di fotoni (dose totale) Fascidiioni(SEE) Camera anecoica

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16 Facility per il disegno (?) (sia elettronico che meccanico) Radiazioni: DB di componenti qualificati Sviluppo di chip ad hoc Potenzalimitata: Sviluppo di Power Supply ad alta efficienza Stress meccanici FEM Stress termici Simulazioni

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19 Le condizioni al contorno

20 Test finalizzati all affidabilità Test estensivi (massimo stress): Applicati al Qualification Model Qualifica del disegno Test di qualifica (stress minimo): Applicati al Flight Model