Reliability analysis and radiation hardness assurance for the Extreme Universe Space Observatory (EUSO)

Abstract

El objetivo principal de esta tesis es el análisis de la fiabilidad del telescopio espacial JEM-EUSO considerando para ello los fallos asociados a Dosis Total de Ionización (TID) y Efectos de Evento Único (SEE). Eventos y/o partículas presentes en la órbita espacial LEO. Órbita en la cual transita la estación espacial internacional (ISS) quien llevará a bordo al telescopio JEM-EUSO. Durante el desarrollo de este trabajo y utilizando métodos actuales de predicción de fiabilidad, se ha creado una herramienta computacional con el fin de sistematizar cualquier evaluación futura de fiabilidad de electrónica espacial. JEM-EUSO (“Extreme Universe Space Observatory on the Japanese Experiment Module”) es un nuevo telescopio espacial que utilizará grandes volúmenes de atmósfera de la Tierra como detector de las partículas más energéticas en el Universo (E > 1019 eV). JEM-EUSO observa los destellos breves de luz de fluorescencia en la atmósfera de la Tierra causados por las partículas provenientes de las profundidades del espacio. Se espera que este instrumento permita, por fin, desvelar las incógnitas aun existentes acerca del origen y propagación de esta radiación. Cada 90 minutos, JEM-EUSO orbitará la Tierra, a bordo de la estación espacial internacional (ISS, por sus siglas en inglés) a una altitud de aproximadamente 400 km. Dicho entorno de funcionamiento, hace de un análisis de fiabilidad un estudio crucial en estos equipos. JEM-EUSO, por otra parte, no cuenta con apoyo externo de los astronautas que se encuentran en la ISS. Es decir, el reemplazo de piezas u/o componentes no sería posible a lo largo de la misión. Para ello, estudios de fiabilidad como los llevado a cabo en este trabajo son fundamentales. Estas evaluaciones aportan datos esenciales que permiten construir equipos e instrumentos adaptados a las necesidades de funcionamiento...The main objective of this Doctoral Thesis was to perform a reliability prediction of the JEM-EUSO space telescope due to the impact of Total Ionizing Dose (TID) and Single Event Effects (SEE) on its focal surface electronics when on-board the International Space Station (ISS)). The aim of this analysis was to evaluate its present and potential reliability of the instrument so as to ensure its mission success during its 5 years of operation. By implementing pre existing models, a computational tool for estimating such failure rates has been created. JEM-EUSO is a large imaging telescope that will study Extremely-High Energy Cosmic Rays (EHECR) from space by imaging the UV light generated by Extensive Air Showers (EAS) particles. These EAS are produced by cosmic rays with energies that can reach and exceed 1020 eV. Looking downward the Earth from the International Space Station (ISS) will detect such particles observing the UV light generated by Extensive Air Showers (EAS) the UHECRs develop in the atmosphere. Among the objectives of JEM-EUSO are: setting up a new window for observing the Universe never used before and therefore opening the Particle Astronomy Era; extend the measurement of the energy spectrum of the cosmic radiation beyond Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) suppresion energy; observe Extremely High Energy Gamma Rays (EHEGR) and Extremely High Energy Neutrinos (EHEN) opening the field of EHEGR & EHEN Astronomy...