Die Elektronik

RAM2-M.jpgDie Zahl an Elektronikkanälen des AMS-02 Experiments, nämlich ungefähr 300.000) entspricht der Anzahl aller Kanäle auf der ISS. Diese große Anzahl an Kanälen wird für den einwandfreien Betrieb von AMS-02 benötigt.

650 Elektronikboards sind in dem Experiment installiert. Alle wurde in mehreren Kopien gebaut und eingebaut. Für den Fall, dass das Primärboard ausfällt, wechselt das System automatisch auf das Sekundär- (oder sogar auf das Tertiär-)Board.

Die Anforderungen die an Elektronik gestellt werden, die im Weltall funktionieren müssen, sind sehr anspruchsvoll. Es muss Vibrationen überstehen, ebenso wie den Betrieb im Vakuum und in der Schwerelosigkeit. Ebenso muss die Elektronik bei sehr wechselhaften Temperaturschwankungen funktionieren. Am wichtigsten allerdings ist, dass die Elektronik hoher Strahlung widerstehen muss. AMS-02 benutzt spezielle strahlenharte Chups, welche für die Hochenergiephysik entwickelt wurden und ca. 10 mal schneller als normale im Weltraum eingesetzte Computer sind. Mit Hilfe dieser Chips ist es möglich 300.000 Kanäle 2000 mal pro Sekunde auszulesen. Jeder dieser Chips wurde speziell für die AMS Kollaboration entwickelt. Die benötigte Redundanz wurde systematisch implementiert: es gibt von jeder Karte, jedem Kabel und jeder Steckverbindung mindestens zwei Stück.

Die AMS-Elektronikboards erledigen viele verschieden Aufgaben, von der Stromversorgung bis hin zur Datennahme (DAQ, engl. data acqisition). Die verschiedenen Boards können in 3 Gruppen unterteilt werden:

  • Allgemeine Elektronik: AMS-02 besitzt einige grundlegende Boards. Einer der wichtigsten ist das Stromverteilungssystem (PDS, engl. Power Distribution System), welches alle AMS-02 Elektronik mit Strom von den Photovoltaikzellen an Bord der ISS versorgt. Das JMDC (engl. Main DAQ Computer) sendet Kommandos an und erhält Antworten von allen Boards. Da dieses Board sehr wichtig ist, ist es sogar in vierfacher Ausführung an Bord.
  • Subsystem Elektronik: Die meisten Elektronikboards an Bord von AMS-02 dienen bestimmten Zwecken. Die Tracker-Temperaturregelungselektronik (TTCE, engl. Tracker Thermal Control Electronics) wird benutzt um die Heizungen und Pumpen der Tracker-Temperaturregelung zu steuern.

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  • DAQ Elektronik: Obwohl jeder Subdetektor verschieden Anforderungen an, wurde ein gemeinsames Konzept für die Datennahme-Elektronik entwickelt. Die analogen Signale der einzelnen Detektoren werden digitalisiert - typischerweise durch einen Analog-zu-Digital Konverter (ADC) - und auf den Datenreduktionsboards (TDR für den Tracker, RDR für den RICH, usw) komprimiert. Im nächsten Schritt in dem DAQ-Baum, erhält der JINF die Daten von bis zu 24 xDRs. In jedem JINF-Board werden die Daten zusammengefügt, gepuffert und an das JMDC weitergereicht. Das JDMC erhält das komplette Event und analysiert dieses um zu schauen, ob es physikalisch interessante Daten erhält während es gleichzeitig auch die Leistungsfähigkeit der einzelnen Detektoren überwacht. Die ausgewählten Events werden dann wieder gepuffert und über den HRDL (engl. High Rate Dynamic Link) rausgeschickt, sobald sie verfügbar sind.