Využití radiačního monitoru Timepix ve vesmíru
SATRAM/Timepix
Trvání projektu: 2012 až 2015
Vedoucí projektu: Carlos Granja
SATRAM je kompaktní družicový přístroj pro precizní měření, vizualizaci a charakterizaci radiace v otevřeném kosmickém prostoru. Letový model byl 7. května 2013 vypuštěn na oběžnou dráhu ve výšce 820 km na palubě družice Evropské kosmické agentury (ESA) Proba-V, vynesené raketou Vega-2 z kosmodromu v Kourou. Přístroj SATRAM je vybaven vysoce integrovaným detektorovým čipem Timepix, který byl vyvinut mezinárodním vědeckým konsorciem pověřeným vývojem detektoru Medipix, jehož členem je, mimo jiné, Evropská organizace pro jaderný výzkum CERN. Přístroj byl navržen v ÚTEF a konstrukce včetně kvalifikace pro využití ve vesmíru byla provedena firmou CSRC v Brně. Nadále je provozován týmem z ÚTEF, který se stará o stahování a zpracování dat z družice.
Po uvedení do provozu prošel SATRAM na oběžné dráze procesem dolaďování konfigurace a nastavení měření. V současné době produkuje díky nepřetržitému provozu 6000 snímků denně, a využívá tak velkou část kapacity CPU i paměti družice Proba-V. Zásadní část datového toku je z centra ESA Redu v Belgii každodenně předávána přímo na ÚTEF. Nepřetržitý provoz a vysoká frekvence snímků umožňuje kompletní mapování záření na oběžné dráze družice s citlivostí na jednotlivá kvanta, a to s vysokým prostorovým rozlišením detektoru s čipem Timepix. Výsledky a datové produkty mají formu toků částic, dávky záření, směrového rozdělení energetických nabitých částic smíšeného radiačního pole a spektrálního rozdělení energetických ztrát částic podle jejich typů, od lehkých a těžkých nabitých částic (elektrony, protony, ionty) a rentgenového záření.
První výsledky jsou již publikovány (článek byl zaslán do vědeckého časopisu ASR) a jsou dány k dispozici ESA. Od roku 2014 probíhá porovnávání výsledků s měřeními standardních přístrojů, jako je energetický spektrometr EPT Proba-V. Pracuje se rovněž na využití vyhodnocených dat z přístroje SATRAM v databázových systémech ESA pro kosmické počasí.
V zařízení SATRAM byla poprvé využita technologie Timepix v otevřeném kosmickém prostoru a je prvním modelem této nové technologické platformy na družicích pro precizní monitorování radiace včetně její charakterizace a to jediným kompaktním vysoce integrovaným zařízením.
Výzkum je realizován v rámci vědecké spolupráce Medipix. Projekt byl podpořen grantem ESA No. 4000105089/11/NL/Cbi. Testování a kalibrace detektorů Timepix byly realizovány v ÚTEF a na urychlovači VdG, jehož provoz je podpořen grantem MŠMT vědecké infrastruktury č. LM2011030.
Ústav technické a experimentální fyziky
ÚTEF je výzkumným centrem Českého vysokého učení technického v Praze (ČVUT) pro oblasti základního a aplikovaného výzkumu ve fyzice mikrosvěta. Výzkum se zaměřuje na vývoj pokročilé instrumentace a nové metodiky včetně inovativních aplikací např. v medicíně či kosmonautice. Ústav má dnes přes 80 zaměstnanců, z nichž pětinu tvoří cizinci. Zároveň jsou podstatnou částí týmu odborných pracovníků Ph.D. studenti a mladí vědci. Pracoviště je vybaveno moderními experimentálními přístroji, jako jsou pokročilé rentgenové mikro-radiografické a tomografické zobrazující stanice vlastní výroby. Součástí vybavení je rovněž Van de Graaffův urychlovač, který slouží i jako laditelný zdroj mono-energetických rychlých neutronů pro kosmický výzkum. Dále byly v ústavu sestaveny kompaktní zdroje gama záření určené pro kalibraci družicových přístrojů včetně přenosné stanice pro měření v laboratořích ESA.
Co vám účast v projektu přinesla?
„Projekt přinesl především možnost nasadit pro kosmické aplikace naši špičkovou technologii v detektorech záření. Získali jsme přístup k high-tech sektoru kosmického výzkumu, čímž se nám otevřely možnosti nových oblastí zkoumání, jako je spektrometrie záření ve vesmíru a kosmické počasí. Díky nové technologické družicové platformě se rovněž podařilo vytvořit komerční produkt pro českou firmu CSRC Brno. V neposlední řadě jsme zde měli možnost uplatnit naše know-how a zkušenosti v oblasti detekce záření, zobrazování a spektrometrie, získané v pozemních laboratořích a vesmírných aplikacích.“