From Concept to Development of Astrophysics Payloads for Gamma-Radiation Studies

Abstract

Os CubeSats iniciaram uma revolução espacial ao providenciar uma plataforma de dimensões reduzidas e escalável: potencializando o lançamento de múltiplas unidades destes satélites normalizados. O resultado: uma diminuição no custo de desenvolvimento, lançamento e operação destes satélites, e um avanço nas tecnologias presentes nestes satélites. Neste momento, CubeSats permitem o desenvolvimento satélites que abrangem áreas desde o desenvolvimento de novas tecnologias à realização de investigação científica.A área de estudo de Astrofísica é um dos ramos científicos com maior potencial de beneficiar da democratização do espaço. As redes Multi-Mensageiro à escuta de Surtos de Raios Gamma e outros eventos podem beneficiar em grande escala desta vantagem.Neste trabalho são estudadas três missões diferentes com o objetivo de fornecer os inputs para futuras missões de CubeSats contendo experiências de polarimetria.STRATOSPOLCA é um instrumento científico a bordo de um Balão de Grande Altitude. Os seus objetivos: estudar a radiação de fundo Gamma e a multiplicidade dos eventos em função da altitude.COMCUBE é um projeto pertencente ao portfólio de projetos AHEAD2020 no qual se pretende estudar e definir um satélite protótipo para uma futura constelação deste tipo de satélites para ‘caçar’ Surtos de Raios Gamma numa perspetiva integrada de instrumentos em rede de Multi-Mensageiro.ANTAEUS é um conceito de missão que tira vantagem dos novos desenvolvimentos em detetores de estado sólido e dos desenvolvimentos em CubeSats para oferecer uma nova experiência polarimétrica numa plataforma de satélite 2U.O trabalho aqui realizado procura evidenciar o desenvolvimento de tais tipos de satélites, de conceito à definição preliminar.

CubeSats started a Space Revolution by providing a smaller platform but one that could carry multiple units of the Standardized definition. The result: the decrease in cost, and the increase in the technological advancement of spacecraft. Now, one has the framework to develop from concept to operations of a spacecraft to test new space technology or even to perform scientific studies. The field of Astrophysics is one of the scientific fields with the most potential benefit from this democratization of Space. The Multi-Messenger networks listening for Gamma-Ray Bursts and other events can benefit greatly from this advantage. In this work, three different Missions are studied with the effects of providing inputs to future CubeSats transporting polarimetric payloads. STRATOSPOLCA is a payload instrument on board a High Altitude Balloon. Its objectives are to provide insight into the background gamma radiation and the multiplicity of events as a function of altitude. COMCUBE is developed under the AHEAD2020 consortium with the goal of studying a spacecraft prototype and baseline for a future constellation hunting for Gamma-Ray Bursts in a Multi-Messenger and integrated perspective. ANTAEUS is a pathfinder mission concept to take advantage of the new developments in solid state detectors and CubeSat developments to offer a new polarimetric experiment in a 2U satellite. The work herein provides a study on the development of such satellites, from concept to preliminary definition, providing the framework for future projects.