Nowe nadprzewodzące detektory na użytek przyszłych misji kosmicznych
Do niedawna gama dostępnych technologii detektorów fal od dalekiej podczerwieni do milimetrowych była ograniczona, a koszty wdrażania systemów detektorów były wysokie. KID to stosunkowo nowa technologia detektorów nadprzewodzących, która umożliwia detekcję promieniowania elektromagnetycznego o długości fal od 30 μm do 3 mm. Przed realizacją projektu SPACEKIDS (Kinetic inductance detectors – A new imaging technology for observations in and from space), przeprowadzono demonstracje podstawowych koncepcji dotyczących zastosowań naziemnych KID. W ramach tego finansowanego ze środków UE projektu technologię KID udoskonalono, przenosząc ją na kolejny etap rozwoju. Światowej klasy zespoły badawcze z czterech krajów europejskich połączyły siły, aby zwiększyć możliwości nowoczesnych detektorów dalekiej podczerwieni. Uczeni skupili się na rozwiązaniach potrzebnych do zastosowania KID w nowej generacji instrumentów kosmicznych. Przeanalizowano różne materiały do budowy detektorów, aby zoptymalizować skuteczność KID w obserwacji dalekiej podczerwieni. Testy wykazały, że folie aluminiowe mogą osiągać wymaganą czułość w całym zakresie długości fali, od dalekiej podczerwieni po fale milimetrowe. Działanie KID w obecności promieniowania kosmicznego, charakterystycznego dla przestrzeni kosmicznej, zoptymalizowano za pomocą modelowania i testów. Dokonano też szczegółowej optymalizacji sprzężenia promieniowania elektromagnetycznego z różnymi implementacjami KID — sprzężona antena i elementy skupione. Zidentyfikowano też szereg koncepcji misji związanych z badaniami astronomicznymi i obserwacją Ziemi, w przypadku których KID mogą być korzystnym rozwiązaniem. Przeanalizowano szereg scenariuszy misji i określono wymagania dotyczące KID dla każdego z nich. Opracowano wreszcie projekty pikseli i matryc KID, a także elektroniczne układy do odczytu dużej liczby pikseli w przypadku niskiego tła (typowe zastosowania w astrofizyce) oraz wysokiego tła (typowe zastosowania w obserwacji Ziemi). Zespół SPACEKIDS wykorzystał dwa laboratoryjne urządzenia demonstracyjne do oceny charakterystyki matrycy KID i jej wydajności w środowisku kosmicznym. Prace te otwierają drogę do powstania nowej generacji instrumentów naukowych, które pozwolą na dokładniejsze zbadanie naszej planety oraz wszechświata.
Słowa kluczowe
Misje kosmiczne, detektory indukcyjności kinetycznej, daleka podczerwień, fale milimetrowe, SPACEKIDS
