Der Sternentracker und das GPS

 
Motivation 

Während geladene kosmische Teilchen auf ihrer 15 Millionen Jahre langen Reise die Galaxie durchqueren, wird ihre Flugbahn öfters durch das galaktische Magnetfeld (~microgaus) gebogen. Daher zeigt, die Ankunftsrichtung eines Teilchens auf der Erde nicht zur seiner Quelle. Entsprechend sagt man, es gibt keine Sterne im Himmel der kosmischen Strahlung. Um die Quellen kosmischer Strahlung zu untersuchen, müssen neutrale Teilchen (wie zB Neutronen oder Photonen) untersucht werden.

Gammastrahlung sind Photonen der höchsten Energie. Man glaub, dass diese in den energiereichsten astrophysikalischen Orten produziert werden, wie beispielsweise Pulsare, Aktive Galaktische Kerne (AGN) oder Gamma-Ray-Bursts. AMS-02 wird diese Quellen kartographieren indem ankommende Photonen vermessen werden.

Das Experiment kann Photonen auf zwei Arten vermessen: direkt mit Hilfe des ECALs oder indirekt durch Paarbildungen im Tracker. Beide Messungen können die Energie und Ankunftsrichtung des Photons bestimmen.

Der Sternentracker

StarTracker01_300.jpgDamit AMS-02 den Himmel der komischen Strahlung genau katographieren kann, muss die Orientierung des Experiments in Relation zu den Fixsternen sehr genau bekannt sein. Der bei AMS-02 eingebaute Sternentracker erlaubt diese Messung mit einer höheren Genauigkeit als der auf der ISS installierte Sternentracker. Die Kombination der Orientierung von AMS-02 mit dem Einfallswinkel des Teilchens ergibt die Ursprungsrichtung des Photons in einem siderischem Koordinatiensystem.

Der Sternentracker besteht aus zwei CCD-Kameras die in entgegengesetzte Richtungen zeigen. Es werden zwei Kameras benötigt, da eine Richtung Sonne zeigen könnte und damit unbrauchbar für die Messung sein könnte. Jede Kamera hat ein Blickfeld von 6 Grad. Die Orientierung von AMS-02 wird bestimmt, indem man die aufgenommenen Bilder mit Sternenkarten vergleich. Der Sternentracker nimmt alle 10 Sekunden ein Bild auf, um die Orientierung während des 90-minütigen Orbits der ISS genau zu bestimmen.

Das GPS

Receiver_GPS_003_300.jpgZusätzlich zur genauen Orientierung des Experiments, muss AMS-02 auch den Zeitpunkt eines Events mit einer hohen Genauigkeit bestimmen können. Der Grund hierfür ist, dass die Emissionen von Gammastrahlen durch Pulsare, GRBs und AGNs eine sehr schnell zeitliche Entwicklung haben.

Da die Eventzeit so wichtig ist, fügt das AMS-02 Datennahmesystem (DAQ) jedem Event eine UTC Zeit zu. Die Zeitmessung besteht aus zwei Komponenten: eine GPS UTC Zeit und eine Hochpräzessionszeitmessung durch die interne Uhr des DAQ-Systems. Die Summe aus beiden liefert die Ankunftszeit des einfallenden Teilchens.

Beide Uhren werden mit Hilfe eines Zeitsignals synchronisiert, welches von der GPS-Konstellation alle 10 Sekunden an die DAQ-Uhr gesendet wird. Dieses Signal setzt die interne Uhr auf null zurück. Zusätzlich wird die UTC-Zeit des letzten GPS-Pulses in einem Puffer gesichert und an alle nachfolgenden Events angehängt.

Desweiteren, liefert das GPS-System Telemetriedaten über die Position, Uhrzeit, Geschwindigkeit, den Status des Satellitentrackings und den GPS-Uhrenfehler.

Der GPS-Empfänger wurde auf dem oberen Radiator plaziert. Die zugehörige Antenne wurde auf die Oberseite des TRD montiert und so positioniert, dass sie in optimaler Weise gegenüber der GPS-Konstellation ausgerichtet ist.