SIRI-2 zur Qualifizierung von Technologien für die Strahlungserkennung im Weltraum

Wissenschaftler des US Naval Research Laboratory starteten im Dezember 2021 an Bord des Weltraumtestprogramms (STP) Sat-6 das zweite Strontiumiodid-Strahlungsinstrument (SIRI-2). SIRI-2, ein Gammastrahlen-Spektrometer, wird die Leistungsfähigkeit der mit Europium dotierten Strontiumjodid-Gammastrahlen-Detektionstechnologie mit ausreichend aktiver Fläche für die operativen Anforderungen des Verteidigungsministeriums (DoD) demonstrieren.

Die erste SIRI-Mission wurde am 3. Dezember 2018 an Bord von STP Sat-5 mit einer einjährigen Mission gestartet, um die Reaktion des Detektors auf die Hintergrundstrahlung im Orbit im erdnahen Orbit (LEO) zu untersuchen. Das viel größere SIRI-2-Instrument arbeitet in einer geosynchronen Umlaufbahn, in der sich die Hintergrundstrahlung in ihrer Zusammensetzung erheblich unterscheidet.

„Die in SIRI-2 demonstrierte Technologie muss kleine Strahlungssignaturen oder -signale in den hochvariablen Hintergrundstrahlungsfeldern im Weltraum erkennen“, sagte Lee Mitchell, Ph.D., ein NRL-Forschungsphysiker. „Das Instrument wird während der einjährigen Mission auch transiente Phänomene wie Sonneneruptionen untersuchen.“

Die SIRI-Instrumentenreihe wurde entwickelt, um neue Gammastrahlen-Szintillatormaterialien und Ausleseelektronik für den Weltraum zu qualifizieren.

Ein Szintillator ist ein Material, das die Eigenschaft der Lumineszenz zeigt, wenn es durch ionisierende Strahlung angeregt wird, und wird üblicherweise zur Strahlungsdetektion verwendet. Lumineszierende Materialien absorbieren, wenn sie von ankommenden Partikeln getroffen werden, ihre Energie und geben die absorbierte Energie in Form von sichtbarem Licht wieder ab.

Das Instrument wird auch die neue Silicon Photomultiplier (SiPM)-Technologie testen, die das Szintillationslicht in elektronische Signale umwandelt und herkömmliche Photomultiplier-Röhren ersetzen soll. Diese Materialien und Elektronik reagieren in unterschiedlichem Maße unterschiedlich auf die intensive Hintergrundstrahlung im Orbit.

„Wir hoffen zu zeigen, dass diese Technologie im Weltraum eingesetzt werden kann, da es für einige Technologien, die für terrestrische Anwendungen entwickelt wurden, schwierig sein kann, in der rauen Weltraumumgebung zu funktionieren“, sagte Mitchell.

Das Verteidigungsministerium setzt seit dem nuklearen Detektionsprogramm Vela in großer Höhe in den 1960er Jahren Szintillationsdetektoren im Weltraum ein. Die Szintillatortechnologie wird in der gesamten wissenschaftlichen Gemeinschaft in Bereichen wie Astrophysik, Sonnen- und Erdwissenschaften weit verbreitet eingesetzt. „Während wir die Kosten, das Gewicht und die Leistung für Instrumente vergleichbarer Größe reduziert haben“, sagte Mitchell, „führten diese Verbesserungen zu einer höheren Empfindlichkeit und verbesserten wiederum die Erkennung und Identifizierung von Quellen.“

SIRI-2 schloss am 10. Januar den Checkout im Orbit ab. Mitchell sagte: „Bisher funktioniert das Instrument gut.“

Eine Sache, die Mitchell und sein Team begeistert, ist die Zunahme der Sonnenaktivität. Der Sonnenzyklus ist eine 11-jährige Änderung der Sonnenaktivität, gemessen an Schwankungen in der Anzahl der beobachteten Sonnenflecken auf der Sonnenoberfläche, und die Mission ist gut auf den Höhepunkt des Sonnenzyklus 25 ausgerichtet.

„Während der Höhepunkt des Sonnenzyklus für 2025 erwartet wird, scheint die Sonne früher als erwartet eine signifikante Aktivität zu zeigen“, sagte Mitchell. „Die Sonneneruptionsaktivität ist am Höhepunkt des Sonnenzyklus am aktivsten, daher hoffen wir, nicht nur neue Technologien für das DoD weltraumtauglich zu machen, sondern auch bedeutende Beiträge zur Sonnenphysik zu leisten, indem wir Gammastrahlen untersuchen, die während Sonneneruptionen emittiert werden.“

Als Nachfolger von SIRI-2 wird SIRI-3 die Erkenntnisse aus früheren Missionen nutzen, um ein großes Prototyp-Instrument zu entwickeln, das voraussichtlich Ende 2025 auf den Markt kommen wird.