Sviluppo e progettazione della meccanica di supporto al servizio del nuovo tracker di particelle dell’esperimento spaziale CSES-LIMADOU-02 = Development and design of the support mechanics for the new particle tracker of the CSES-LIMADOU-02 space experiment

Il progetto CSES (China Seismo-Electromagnetic Satellite) è una missione spaziale volta allo studio delle possibili correlazioni, temporali e spaziali, tra le emissioni elettromagnetiche indotte dall'attività sismica e dalle eruzioni vulcaniche ed il verificarsi di perturbazioni nella ionosfera superiore e nei flussi di particelle intrappolate delle fasce di Van Allen. Le missioni CSES fanno parte di un programma di collaborazione tra la China National Space Administration (CNSA) e l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), sviluppato dalla China Earthquake Administration (CEA) e dall'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), insieme a diverse università e istituti di ricerca cinesi e italiani. Due missioni, CSES-01, attualmente in orbita, e CSES-02, in fase di implementazione avanzata, costituiscono la prima fase del programma. Il satellite CSES-02 è dotato di dieci strumenti, tra i quali il rivelatore di particelle ad alta energia (HEPD) e il rivelatore di campo elettrico (EFD) che rappresentano il contributo italiano del progetto LIMADOU. Il lancio è previsto per il 2022 e la durata prevista è di sei anni. All’interno di HEPD è collocato un rivelatore di direzione, denominato “tracker”, composto da cinque moduli di tracciamento autonomi, chiamati “torrette”, formati a loro volta da tre piani sensibili sovrapposti, gli “stave”. Il funzionamento del tracker, progettato per misurare la direzione e l'energia dei flussi di elettroni e protoni intrappolati nella magnetosfera terrestre, si basa sull’utilizzo degli innovativi sensori a pixel monolitici ALPIDE. Il contributo dell’INFN di Torino consiste nella progettazione degli stave e nella costruzione delle relative torrette. Il lavoro qui presentato, partendo dall'esigenza di adattare la tecnologia ALPIDE per l'utilizzo in ambito spaziale, comincia con la progettazione di una particolare struttura di supporto per i chip: trattasi di un Cold Plate in fibra di carbonio, ad alto modulo elastico ed elevata conducibilità termica, in grado di resistere a forti sollecitazioni vibrazionali e dissipare il calore generato dai chip. Segue la progettazione meccanica delle attrezzature utilizzate nelle fasi di assemblaggio del tracker, tenendo conto delle specifiche di progetto e dei requisiti molto stringenti (in termini di scelta dei materiali, elevate precisioni di posizionamento, alta resistenza alle vibrazioni e spazi limitati) che l’oggetto finale deve rispettare. Le attrezzature realizzate sono state messe a punto e controllate attraverso ispezioni ottiche e controllo qualità effettuati tramite CMM. Parallelamente a questo, tramite la programmazione della macchina di misura, sono stati stilati programmi atti a guidare l'operatore durante operazioni ad elevata precisione, effettuare controllo qualità e misurazioni per successive analisi dati. La tesi si articola sostanzialmente in sei capitoli: i Capitoli 1 e 2, prettamente teorici, sono inerenti rispettivamente ad informazioni generali sulla missione spaziale e alla procedura di assemblaggio del tracker. I Capitoli 3, 4 e 5 si focalizzano sul lavoro svolto presso l’INFN di Torino e riguardano, in ordine, la progettazione del supporto meccanico e delle attrezzature per le fasi di assemblaggio, la programmazione della macchina di misura e la costruzione dei prototipi con relativo controllo qualità e validazione. Per concludere, il Capitolo 6 riassume i risultati conseguiti dall'attività descritta in questa tesi e presenta i possibili sviluppi futuri.