Avaliação do Desempenho do SiPM no Espaço ao Longo de Três Anos

Hoje em dia, muitos satélites pequenos, conhecidos como CubeSats, usam sensores especiais chamados fotomultiplicadores de silício (SiPMs) pra detectar luz. Esses sensores são ótimos em captar pequenas quantidades de luz porque conseguem registrar fótons individuais. Mas tem um problema: os SiPMs podem ser danificados pela Radiação no espaço.

Com mais missões espaciais usando SiPMs, é super importante entender como eles se comportam nessas condições difíceis. Esse artigo discute um estudo que mostra como os SiPMs se comportaram durante mais de três anos voando pelo espaço.

#O Que São SiPMs?

Fotomultiplicadores de silício são pequenos sensores que usam fotodiodos de avalanche pra converter luz em sinais elétricos. Eles são pequenos, consomem pouca energia e respondem rápido, o que os torna excelentes pra missões espaciais. Mas o espaço não é um lugar fácil pra esses sensores.

Quando expostos à radiação do espaço exterior, eles podem ser danificados. Por isso, os cientistas precisam descobrir como esses sensores funcionam ao longo do tempo em um ambiente espacial.

#Um Olhar Sobre as Missões

Esse estudo se concentra em dois CubeSats: GRBAlpha e VZLUSAT-2. O GRBAlpha foi lançado em março de 2021, e o VZLUSAT-2 seguiu em janeiro de 2022. Ambos foram enviados pra uma órbita polar sincrônica com o sol, o que significa que passam pela mesma área da Terra no mesmo horário todos os dias.

O GRBAlpha carrega um detector de raios gama feito de um material brilhante chamado CsI(Tl) e é equipado com oito SiPMs. Esse satélite detecta regularmente fortes explosões de raios gama, que acontecem durante eventos como manchas solares e explosões de raios gama. Similarmente, o VZLUSAT-2 tem dois detectores de raios gama, que se parecem bastante com o do GRBAlpha.

#O Desafio da Radiação

O espaço está cheio de radiação do sol e de raios cósmicos, e isso pode afetar muito a eletrônica. Os sensores do GRBAlpha e do VZLUSAT-2 são protegidos por um escudo de liga de chumbo que tem cerca de 2,5 mm de espessura. Esse escudo ajuda a manter os SiPMs seguros dos danos causados pela radiação ao longo do tempo.

Com esse estudo, a equipe de pesquisa conseguiu analisar como os sensores envelheceram enquanto voavam na órbita baixa da Terra. Eles coletaram dados por três anos, tornando esse estudo único em sua duração e foco.

#O Que Eles Fizeram

Os pesquisadores coletaram dados examinando o desempenho dos SiPMs a bordo de ambos os CubeSats por um período prolongado. Eles analisaram principalmente mudanças em duas áreas chaves: o limiar de sensibilidade à baixa energia e a taxa de contagem escura. O limiar de sensibilidade é o nível mínimo de energia necessário para o sensor detectar luz, enquanto a taxa de contagem escura refere-se à quantidade de ruído que não é causada pela luz real, mas sim por flutuações aleatórias.

Pra medir esses fatores, eles coletaram regularmente espectros de fundo, que ajudam a destacar os níveis de ruído e quaisquer mudanças no desempenho dos sensores. Assim, eles puderam observar o quanto a radiação afetou os sensores ao longo do tempo.

#Resultados sobre o Desempenho do Sensor

Ao longo de três anos, os resultados mostraram que o limiar de sensibilidade do sensor GRBAlpha diminuiu em relação ao seu nível original. Isso significa que o sensor ficou menos capaz de detectar sinais de luz fracos. Quanto à taxa de contagem escura, essa aumentou, significando que o sensor começou a captar mais ruído.

O estudo também descobriu que as condições no espaço afetaram o desempenho dos sensores. O aumento nas contagens escuras sugeriu que os sensores estavam envelhecendo devido à exposição à radiação. Isso não é surpreendente, já que muitos dispositivos eletrônicos podem ter dificuldades com a durabilidade sob condições severas.

#A Temperatura Importa

Curiosamente, os pesquisadores também notaram como a temperatura influenciou os sensores. Eles puderam perceber que em diferentes momentos, quando a temperatura variava, o desempenho dos SiPMs também mudava.

Por exemplo, quando a temperatura nos sensores a bordo subia, o limiar de sensibilidade também subia. Isso significa que os sensores podem ter um desempenho diferente com base na temperatura.

Os pesquisadores tinham três termômetros na placa do detector do satélite GRBAlpha, o que permitiu que eles acompanhassem essa variação de temperatura durante a missão.

#Os Efeitos da Atividade Solar

Outro fator considerado foi a atividade solar, que tende a mudar ao longo do ano. Quando o sol está mais ativo, ele pode enviar explosões de radiação que podem impactar o desempenho de dispositivos eletrônicos em satélites.

No entanto, os pesquisadores não encontraram uma ligação direta entre a atividade solar e as mudanças que observaram no desempenho dos sensores. Isso é um pouco surpreendente, já que poderia se pensar que os sensores seriam mais afetados quando o sol está emitindo mais energia.

#E Agora, Os SiPMs?

Dadas as descobertas desse estudo, os pesquisadores estão otimistas quanto ao uso de SiPMs em futuras missões espaciais. O estudo mostrou com sucesso que, com a proteção adequada, esses sensores podem operar no espaço por mais de três anos, o que abre oportunidades para missões mais complexas. Certamente, podemos esperar ver mais CubeSats usando SiPMs pra detectar raios gama em missões de astrofísica de alta energia.

#Conclusão

Em resumo, a pesquisa avaliou o desempenho dos fotomultiplicadores de silício no espaço ao longo de um período prolongado.

• Eles descobriram que a radiação pode realmente danificar esses sensores, fazendo com que eles se tornem menos sensíveis à luz ao longo do tempo.
• O aumento nas contagens escuras também foi um indicador claro de envelhecimento.
• Mudanças de temperatura influenciaram como bem os sensores funcionaram.
• Embora não tenha sido encontrada uma ligação clara entre atividade solar e desempenho dos sensores, o estudo ainda demonstrou o potencial dos SiPMs em futuras missões espaciais.

Então, enquanto o espaço pode ser a última fronteira, também é um playground complicado pra eletrônica. Com pesquisa e desenvolvimento contínuos, podemos esperar descobertas empolgantes no mundo da exploração espacial. Quem sabe? Talvez um dia tenhamos CubeSats que possam nos avisar quando aliens nos enviarem um sinal!