Il progetto di tesi si inserisce nel contesto dello sviluppo della missione spaziale ATHENA (Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics), la seconda missione di classe L prevista dall'ESA (European Space Agency) nell'ambito del programma scientifico Cosmic Vision. La missione, la cui messa in orbita è prevista nel 2028, consiste di un telescopio spaziale per raggi X per indagini relative al tema scientifico denominato dall'ESA "Hot and Energetic Universe". Il satellite porterà a bordo due strumenti rilevatori utilizzabili in alternativa al piano focale del telescopio: -WFI (Wide Field Imager): un rilevatore a campo largo (40' x 40') con elevata risoluzione spaziale. -X-IFU (X-ray Integral Field Unit): un rilevatore a campo stretto (diametro di 5') con elevata risoluzione spettrale. Entrambi gli strumenti utilizzeranno dei filtri la cui progettazione e realizzazione è uno dei contributi italiani alla missione. I filtri consistono di tre parti: -La parte ottica, che consiste in un film di materiale plastico (polyimide), su cui è depositato uno strato di alluminio. Questi sono elementi critici nel funzionamento dei rivelatori, infatti, essi devono essere molto sottili (<200 nm) per avere una elevata trasparenza nei raggi X, sufficientemente opachi alla radiazione UV/Vis/IR fuori banda, di grande superficie (il più grande è 17x17 cm2), e tuttavia resistenti ai carichi statici e dinamici durante le fasi di caratterizzazione in laboratorio e durante il lancio -Una griglia metallica (mesh), dello spessore di qualche decimo di millimetro, che sostiene il materiale plastico, assicurando maggiore resistenza e in grado di fornire in alcuni casi adeguata attenuazione in radiofrequenza (1-10 GHz). -Una struttura di supporto in metallo, che sostiene il film plastico e la griglia assicurandole sulla struttura di supporto dei rispettivi strumenti rivelatori. Per verificare la resistenza meccanica dei filtri è necessaria una misura della deformazione del filtro soggetto a pressione differenziale statica per due principali ragioni: -La misura è richiesta da specifiche norme indicate dell'ESA. -La modellistica strutturale, fondamentale nella fase di progetto, presenta alcuni elementi di criticità legati ad una non perfetta conoscenza dei parametri strutturali dei materiali utilizzati, in particolare alle basse temperature di lavoro. Sono necessari, dunque, dati sperimentali che possano essere confrontati con dati provenienti da simulazioni meccaniche FEM, allo scopo di ottimizzare il modello e conoscerne la capacità predittiva. A questo proposito, scopo del lavoro di tesi sarà quello di progettare e realizzare uno strumento capace di misurare la deformazione della parte ottica e della mesh, sottoposte ad un carico statico noto fino ad un livello di circa 10 mbar. Per le misurazioni si utilizzerà un sensore ottico, che con l'acquisizione di dati in più punti permetterà di definire una mappa degli spostamenti, dalla quale si potrà risalire alla forma dell'intera membrana sottoposta a carico statico. Il lavoro di tesi includerà anche l'utilizzo dell'apparato di misura realizzato per la caratterizzazione di alcuni filtri campione dei due strumenti WFI e X-IFU.
PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DI UN APPARATO PER LA CARATTERIZZAZIONE DELLA RESISTENZA MECCANICA DEI FILTRI OTTICI E TERMICI DELLA MISSIONE SPAZIALE ATHENA
2018
Abstract
Il progetto di tesi si inserisce nel contesto dello sviluppo della missione spaziale ATHENA (Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics), la seconda missione di classe L prevista dall'ESA (European Space Agency) nell'ambito del programma scientifico Cosmic Vision. La missione, la cui messa in orbita è prevista nel 2028, consiste di un telescopio spaziale per raggi X per indagini relative al tema scientifico denominato dall'ESA "Hot and Energetic Universe". Il satellite porterà a bordo due strumenti rilevatori utilizzabili in alternativa al piano focale del telescopio: -WFI (Wide Field Imager): un rilevatore a campo largo (40' x 40') con elevata risoluzione spaziale. -X-IFU (X-ray Integral Field Unit): un rilevatore a campo stretto (diametro di 5') con elevata risoluzione spettrale. Entrambi gli strumenti utilizzeranno dei filtri la cui progettazione e realizzazione è uno dei contributi italiani alla missione. I filtri consistono di tre parti: -La parte ottica, che consiste in un film di materiale plastico (polyimide), su cui è depositato uno strato di alluminio. Questi sono elementi critici nel funzionamento dei rivelatori, infatti, essi devono essere molto sottili (<200 nm) per avere una elevata trasparenza nei raggi X, sufficientemente opachi alla radiazione UV/Vis/IR fuori banda, di grande superficie (il più grande è 17x17 cm2), e tuttavia resistenti ai carichi statici e dinamici durante le fasi di caratterizzazione in laboratorio e durante il lancio -Una griglia metallica (mesh), dello spessore di qualche decimo di millimetro, che sostiene il materiale plastico, assicurando maggiore resistenza e in grado di fornire in alcuni casi adeguata attenuazione in radiofrequenza (1-10 GHz). -Una struttura di supporto in metallo, che sostiene il film plastico e la griglia assicurandole sulla struttura di supporto dei rispettivi strumenti rivelatori. Per verificare la resistenza meccanica dei filtri è necessaria una misura della deformazione del filtro soggetto a pressione differenziale statica per due principali ragioni: -La misura è richiesta da specifiche norme indicate dell'ESA. -La modellistica strutturale, fondamentale nella fase di progetto, presenta alcuni elementi di criticità legati ad una non perfetta conoscenza dei parametri strutturali dei materiali utilizzati, in particolare alle basse temperature di lavoro. Sono necessari, dunque, dati sperimentali che possano essere confrontati con dati provenienti da simulazioni meccaniche FEM, allo scopo di ottimizzare il modello e conoscerne la capacità predittiva. A questo proposito, scopo del lavoro di tesi sarà quello di progettare e realizzare uno strumento capace di misurare la deformazione della parte ottica e della mesh, sottoposte ad un carico statico noto fino ad un livello di circa 10 mbar. Per le misurazioni si utilizzerà un sensore ottico, che con l'acquisizione di dati in più punti permetterà di definire una mappa degli spostamenti, dalla quale si potrà risalire alla forma dell'intera membrana sottoposta a carico statico. Il lavoro di tesi includerà anche l'utilizzo dell'apparato di misura realizzato per la caratterizzazione di alcuni filtri campione dei due strumenti WFI e X-IFU.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
