Diseño e implementación de un detector de radiación para satélites estándares Cubesat 3U

Abstract

La exploración y la caracterización del ambiente espacial a un bajo costo es una necesidad latente en el desarrollo tecnológico de estos tiempos. En este contexto, se desarrolla la tecnología CubeSat, un diseño estandarizado que permite el desarrollo de tecnología espacial a un muy bajo costo y que abre una oportunidad a la innovación y a la investigación. Una de las condiciones más hostiles que se pueden encontrar en el espacio y no en la tierra es la radiación, la cual genera efectos nocivos tanto en las tecnologías como en la vida. Con esta motivación, en este trabajo se presenta el diseño y la implementación de un detector de partículas de alta energía, con el fin de caracterizar la radiación presente en el espacio a un bajo costo y con un instrumento de tamaño reducido, capaz de acoplarse a un misión de satélites CubeSat. El dispositivo implementado se compone de una etapa analógica y una digital. La etapa analógica consta de un fotodetector de silicio, el cual interactúa con partículas de alta energía (radiación) y genera una carga proporcional a la energía de la partícula. Luego esta carga se transforma en un pulso de voltaje, el cual es amplificado. El pulso voltaje amplificado se compara con 4 niveles de voltajes diferentes. Estos niveles de voltaje representan un nivel de energía, es decir, si el nivel de voltaje es superado por el pulso, significa que la partícula que generó ese pulso poseía una energía mayor a la energía asociada a ese nivel. Luego, se realiza un conteo de cuántas partículas superaron cada nivel de voltaje, de esto se encarga la etapa digital. Utilizando 4 contadores de pulsos (uno por cada nivel), un microcontrolador PIC16F877A y una Raspberry Pi Zero Wireless, la etapa digital es capaz de contar cuantas partículas superan cada uno de los niveles de voltajes. La comunicación entre el microcontrolador y la Raspberry Pi se realiza mediante el protocolo I2C. En síntesis, el instrumento se define como contador de partículas, ya que cuenta la cantidad de partículas que superan 4 niveles de energía en una ventana de tiempo. Los 4 niveles de energía son 56.25 [keV], 225 [keV], 562.5 [keV] y 1.125 [MeV]. Por último, se presentan los resultados obtenidos con el dispositivo. Si bien estos no permiten determinar que el dispositivo mide la radiación, sí permiten comprobar que la electrónica y los softwares implementados están funcionando. Para determinar si el dispositivo cumple su objetivo principal, se propone una serie de pruebas con una fuente radiactiva.