Evaluando el rendimiento de SiPM en el espacio durante tres años

Hoy en día, muchos satélites pequeños, conocidos como CubeSats, usan sensores especiales llamados Fotomultiplicadores de Silicio (SiPMs) para detectar luz. Estos sensores son geniales para captar pequeñas cantidades de luz porque pueden registrar fotones individuales. Sin embargo, hay un problema: los SiPMs pueden dañarse por la Radiación en el espacio.

A medida que más misiones espaciales utilizan SiPMs, es súper importante aprender cómo se comportan bajo estas condiciones duras. Este artículo habla de un estudio que muestra cómo se comportaron los SiPMs durante más de tres años volando por el espacio.

#¿Qué son los SiPMs?

Los fotomultiplicadores de silicio son sensores pequeños que usan fotodiodos de avalancha para convertir la luz en señales eléctricas. Son chiquitos, requieren poca energía y responden rápido, lo que los hace excelentes para misiones espaciales. Sin embargo, el espacio no es un lugar fácil para estos sensores.

Cuando se exponen a la radiación del espacio exterior, pueden dañarse. Por eso, los científicos necesitan averiguar qué tan bien funcionan estos sensores a lo largo del tiempo en un ambiente espacial.

#Un vistazo a las misiones

Este estudio se centra en dos CubeSats: GRBAlpha y VZLUSAT-2. El GRBAlpha se lanzó en marzo de 2021, y el VZLUSAT-2 siguió en enero de 2022. Ambos fueron enviados a una órbita polar sincrónica con el sol, lo que significa que pasan sobre la misma área de la Tierra a la misma hora cada día.

El GRBAlpha lleva un detector de rayos gamma hecho de un material brillante llamado CsI(Tl) y está equipado con ocho SiPMs. Este satélite detecta regularmente fuertes ráfagas de rayos gamma, que ocurren durante eventos como erupciones solares y estallidos de rayos gamma. De manera similar, el VZLUSAT-2 tiene dos detectores de rayos gamma, que se parecen mucho al de GRBAlpha.

#El desafío de la radiación

El espacio está lleno de radiación del sol y rayos cósmicos, y esto puede afectar mucho la electrónica. Los sensores en el GRBAlpha y el VZLUSAT-2 están protegidos por un escudo de aleación de plomo que tiene unos 2.5 mm de grosor. Este escudo ayuda a mantener los SiPMs a salvo del daño por radiación que puede ocurrir con el tiempo.

A través de este estudio, el equipo de investigación pudo analizar cómo los sensores envejecieron mientras volaban en baja órbita terrestre. Reunieron datos durante tres años, haciendo que este estudio sea único en su duración y enfoque.

#Lo que hicieron

Los investigadores recopilaron datos examinando el rendimiento de los SiPMs a bordo de ambos CubeSats durante un período prolongado. Particularmente, buscaron cambios en dos áreas clave: el umbral de sensibilidad a baja energía y la Tasa de conteo en la oscuridad. El umbral de sensibilidad es el nivel mínimo de energía necesario para que el sensor detecte luz, mientras que la tasa de conteo en la oscuridad se refiere a la cantidad de ruido que no es causado por luz real, sino por fluctuaciones aleatorias.

Para medir estos factores, regularmente recopilaron espectros de fondo, que ayudan a resaltar los niveles de ruido y cualquier cambio en el rendimiento de los sensores. Al hacerlo, pudieron ver cuánto había afectado la radiación a los sensores a lo largo del tiempo.

#Resultados sobre el rendimiento del sensor

Durante tres años, los resultados mostraron que el umbral de sensibilidad del sensor GRBAlpha disminuyó desde su nivel original. Esto significa que el sensor se volvió menos capaz de detectar señales de luz débiles. En cuanto a la tasa de conteo en la oscuridad, esta aumentó, lo que significa que el sensor comenzó a captar más ruido.

El estudio también encontró que las condiciones en el espacio afectaron el rendimiento de los sensores. El aumento en los conteos oscuros sugirió que los sensores estaban envejeciendo debido a la exposición a la radiación. Esto no es sorprendente, ya que muchos dispositivos electrónicos pueden tener problemas de longevidad en condiciones duras.

#La temperatura importa

Curiosamente, los investigadores también notaron cómo la temperatura influía en los sensores. Pudieron notar que en diferentes momentos, cuando la temperatura variaba, el rendimiento de los SiPMs también cambiaba.

Por ejemplo, cuando la temperatura en los sensores a bordo subía, el umbral de sensibilidad también subía. Esto significa que los sensores podrían funcionar de manera diferente según su temperatura.

Los investigadores tenían tres termómetros en la placa del detector del satélite GRBAlpha, lo que les permitió rastrear esta variación de temperatura durante su misión.

#Los efectos de la actividad solar

Otro factor considerado fue la actividad solar, que tiende a cambiar a lo largo del año. Cuando el sol está más activo, puede enviar ráfagas de radiación que podrían impactar el rendimiento de dispositivos electrónicos en los satélites.

Sin embargo, los investigadores no encontraron un vínculo directo entre la actividad solar y los cambios que observaron en el rendimiento de los sensores. Esto es un poco sorprendente, ya que se pensaría que los sensores estarían más afectados cuando el sol está liberando más energía.

#¿Qué sigue para los SiPMs?

Dado los hallazgos de este estudio, los investigadores están optimistas sobre el uso de SiPMs en futuras misiones espaciales. El estudio mostró con éxito que con el escudo adecuado, estos sensores pueden operar en el espacio durante más de tres años, lo que abre oportunidades para misiones más complejas. Sin duda, podemos esperar ver más CubeSats utilizando SiPMs para detectar rayos gamma en misiones de astrofísica de alta energía.

#Conclusión

En resumen, la investigación evaluó el rendimiento de los fotomultiplicadores de silicio en el espacio durante un periodo prolongado.

• Encontraron que la radiación puede dañar estos sensores, llevándolos a ser menos sensibles a la luz con el tiempo.
• El aumento en los conteos oscuros fue también un claro indicador de envejecimiento.
• Los cambios de temperatura desempeñaron un papel en qué tan bien funcionaron los sensores.
• Aunque no se encontró un vínculo claro entre la actividad solar y el rendimiento del sensor, el estudio demostró el potencial de los SiPMs en futuras misiones espaciales.

Así que, aunque el espacio puede ser la última frontera, también es un parque infantil complicado para la electrónica. Con la investigación y el desarrollo en curso, podemos esperar hallazgos emocionantes en el mundo de la exploración espacial. ¿Quién sabe? Tal vez algún día tengamos CubeSats que puedan decirnos cuándo los extraterrestres nos envían una señal.