Amikor a NASA New Horizons űrszondája július 14-én elrepül a távoli, jeges világ mellett, Nikolaos Paschalidis napfizikus bizonyára boldog ember lesz. Az eddig soha fel nem keresett törpe égitest légkörének feltárásában az általa fejlesztett technológia segít.

Sokat vártunk erre – mondja a görög származású tudós, aki jelenleg a NASA Goddard Űrközpontjában dolgozik a Maryland-i Greenbeltben. – Ilyen az, amikor több, mint 9 évbe telik, hogy elérd a célodat.

A NASA New Horizons misszióját irányító Maryland-i Johns Hopkins Alkalmazott Fizika Laboratóriumában (APL) Paschalidis öt alkalmazás-specifikus integrált áramkört (ASIC) tervezett – egyeseket most védtek le ­– az űrszondán repülő hét érzékelő egyikéhez, a Plútó Nagyenergiájú Részecske Spektrométerhez (PEPSSI).

A PEPPSI-t az APL vezető kutatója, Ralph McNutt arra tervezte, hogy olyan anyagok összetételét és sűrűségét mérje, amelyek megszöknek a Plútó légköréből, majd a Nap ultraibolya sugárzása által ionizálódnak. A légköri vegyületek a napszélből merítenek energiát, és a Plútóról elfelé áramlanak.

A Plútó napszéllel való várt interakciójának sémája

A titokzatos törpebolygó légköréről a tudósoknak eddig főleg csillagfedések alkalmával sikerült információt szerezniük, vagyis amikor a Plútó – erősen elliptikus Nap körüli pályáján – fényes csillagok előtt haladt el. A megfigyelések arra utaltak, hogy a bolygó légköre a Neptunusz Triton nevű holdjáéhoz hasonló, noha annál vastagabb, s valószínűleg felhők és szelek alkotják.

A Plútó mellett elhaladó New Horizons fedélzeti műszerei segítségével képeket készít és spektroszkópos méréseket végez. Ezekből következtethetnek a tudósok a bolygó légkörének szerkezetére, felszínének geológiájára és anyagösszetételére.

A mikrochipek kis méreteket tesznek lehetővé

Az űrszondára felrakott terhek közül a PEPSSI csupán 1,5 kilogrammot tesz ki. Egyben ez az űrmissziók eddig valaha repült legalacsonyabb energiájú spektrométere – mondja Paschalidis.

„Az űrszonda, ezen belül különösen a PEPSSI számára az volt a kihívás, hogy olyan kicsi legyen, amennyire csak lehet, ugyanakkor igen megbízható méréseket végezhessen kevés energiafelhasználással, szélsőséges környezeti feltételek között”.

A részecskék bejutnak a PEPSSI érzékelőjébe, és egy vékony lemezből másodlagos elektronokat löknek ki. Ezek egy másik, kb. 5 cm-re lévő lemez felé haladnak, majd félvezető detektorokba futnak bele. Az eszköz csupán 2,5 watt teljesítményt igényel ahhoz, hogy nanoszekundumnál is nagyobb pontossággal mérje a lemezütközések közti időt. Ezen információ megadja a részecske sebességét és teljes energiáját a félvezető detektorral való ütközés idején. Mindebből a tudósok az összes részecske tömegét és energiáját meg tudják határozni.

A PEPSSI érzékelő működése leegyszerűsítve

Paschalidis öt mikrochipje segített az eszköz teljes méretének és energiaigényének csökkentésében, egyszersmind a tudományos teljesítmény javításában. Egyik mikrochipje nemcsak a PEPSSI hőmérsékletét, feszültségét és áramerősségét ellenőrizte és digitalizálta, hanem az űrszonda több másik alrendszerét is.

„Ez a chip összeállítás újdonság volt. A tudományt a mérnöki tudással kombinálták. Ennek eredményeként jelentős megtakarítást tudtak elérni az űreszköz tömegében és energiafelhasználásában. E chipek nélkül nem hiszem, hogy a PEPSSIt feltehettük volna az űrszondára.”

Noha Paschalidis közel 10 évet várt arra, hogy tanúja lehessen, amint technológiája segítségével a New Horizons az utolsó ismeretlen ismert bolygót vizsgálja a Naprendszerben, ő már tudja: mikrochipjei működni fognak. Az első visszajelzés már a 2006-os indítás után egy évvel megérkezett, amikor az űrszonda Jupiterrel való találkozásakor a PEPSSI kiváló adatokat gyűjtött.

Miközben a New Horizons átrohant a Naprendszeren, hogy a Plútóval randevúzzon, Paschalidis sok más eszközben és projektben is alkalmazta mikroelektronikus technológiáját. Például a NASA MESSENGER űrszondájánál, amely a Naphoz legközelebbi bolygót, a Merkúrt tanulmányozta; továbbá a Csillagközi Határ Felfedező műholdnál (IBEX). A technológia második generációs változatát többek között a NASA JUNO missziójában használta fel, amely várhatóan jövő nyárra éri el a Jupitert; ott van továbbá a most működő Van Allen Probes szondákban is.

„A New Horizons és a MESSENGER/Solar Probe missziók képviselik a tűz és a jég két végletét a Naprendszerben, a JUNO és a Van Allen Probes pedig az űrsugárzás végleteit; a többi ezek közé esik. De a New Horizons ultra miniatürizált, alacsony energiafogyasztású és igen megbízható eszközök feltalálásához vezetett. Alig várom, hogy lássam: ennyi év után végül eléri a célját. Adatokat gyűjteni a Plútóról: ez az, ami igazából motivált engem!”

Forrás: NASA

Fordította és szerkesztette: Jakabffy Éva