Nuovi rilevatori superconduttori per le future missioni spaziali
Fino ad ora, la scelta delle tecnologie di rivelatori disponibili nel lontano infrarosso, con lunghezza d’onda millimetrica, era limitata, e i sistemi di rilevatori erano quindi costosi da realizzare. I KID rappresentano una tecnologia relativamente nuova di rivelatori superconduttori adatti per il rilevamento della radiazione elettromagnetica a lunghezze d’onda comprese tra 30 μm e 3 mm. Prima del progetto SPACEKIDS (Kinetic inductance detectors – A new imaging technology for observations in and from space), i concetti di funzionamento base erano stati dimostrati per applicazioni a terra. Il progetto finanziato dall’UE ha lavorato per portare la tecnologia KID alla fase successiva. Alcuni gruppi di ricerca leader a livello mondiale, provenienti da quattro Paesi europei, hanno unito i propri sforzi per migliorare le capacità dei rivelatori nel lontano infrarosso. Tali gruppi si sono concentrati sugli sviluppi necessari per l’attuazione dei KID in una nuova generazione di strumenti per lo spazio. Sono stati analizzati vari materiali, per ottimizzare le prestazioni dei KID nel lontano infrarosso. Le prove hanno dimostrato che le pellicole di alluminio potrebbero raggiungere la sensibilità richiesta in tutto l’intervallo del lontano infrarosso a lunghezze d’onda millimetriche. Le prestazioni in presenza di un flusso di raggi cosmici, rappresentativo di ambienti spaziali diversi, sono state ottimizzate attraverso modellizzazioni e test. Inoltre, è stata effettuata una dettagliata ottimizzazione relativa all’accoppiamento efficiente della radiazione elettromagnetica per diverse realizzazioni KID (accoppiate con antenna e a elemento concentrato). I ricercatori hanno individuato una serie di concetti relativi a missioni spaziali per fini astronomici e di osservazione della Terra, per cui i KID potrebbero rappresentare una scelta di rivelatore competitiva. Il progetto ha assistito all’analisi di diversi scenari di missione, per ognuno dei quali sono stati definiti i requisiti. In definitiva, i design relativi a sistemi di antenne e pixel KID sono stati sviluppati assieme a un’elettronica di lettura necessaria per leggere un numero elevato di pixel per fondale basso (low background, tipico delle applicazioni astrofisiche) e fondale alto (high background, tipico delle applicazioni di osservazione della Terra). Il team SPACEKIDS ha usato due dimostratori di laboratorio, per valutare le caratteristiche dei sistemi di antenne KID e le prestazioni nell’ambiente spaziale. I risultati di successo aprono la strada per una nuova generazione di strumenti scientifici, promettendo una migliore comprensione del nostro pianeta e dell’universo.
Parole chiave
Missioni spaziali, rilevatori di induttanza cinetica, lontano infrarosso, lunghezze d’onda millimetriche, SPACEKIDS