Doktorsavhandling avslöjar tekniken bakom ett rymdinstrument byggt för att studera Jupiter / Doctoral thesis reveals the technology behind a space instrument built to study Jupiter

Den 13 maj försvarar Philipp Wittmann, Institutet för rymdfysik (IRF) och Umeå universitet sin doktorsavhandling. Philipp har varit en del av att utveckla, testa och kalibrera partikelinstrumentet Jovian plasma Dynamics and Composition Analyser (JDC). Instrumentet ska mäta joner och elektroner i Jupitersystemet ombord på den europeiska rymdfarkosten JUpiter ICy moons Explorer (JUICE).

Rymdfarkosten JUICE skickas iväg mot Jupiter 2023 och det huvudsakliga vetenskapliga målet för uppdraget är att studera förutsättningarna till liv på Europa, Ganymedes och Callisto, tre av de fyra galileiska månarna. Partikelinstrumentet JDC kommer att bidra till uppdraget genom att mäta jon- och elektronflöden, dess dynamik och de olika typer av joner som finns i Jupitersystemet.

“Det unika med JDC är en kombination av en mycket kompakt sensordesign och förmågan att mäta inte bara positiva utan även negativa joner med samma instrument. Jag har arbetat på fyra olika versioner av instrumentet inklusive den enhet som valts ut för att flyga till Jupiter”, säger Philipp.

Philipps arbete omfattades även av designändringar avsedda att förbättra instrumentets ventilation, design och implementering av elektronik, integrering av de olika versionerna av JDC, ytbehandlingar och en mängd olika miljötester. Han kalibrerade också den enhet som finns ombord på rymdfarkosten samt reservenheten.

För att säkerställa att instrumentets detektorer överlever antalet partiklar som förväntas under uppdraget i Jupitersystemet utförde Philipp ett livstidstest för detektorerna.

“I ett livstidstest bestrålas detektorerna av en partikelkälla för att möjliggöra registrering av signalerna. När antalet registrerade partiklar överstiger det uppskattade totala antalet anses livstidstestet vara framgångsrikt. Resultatet visade att sensorernas livslängd överstiger vad vi förväntat oss vilket dessutom innebär en längre livstid för JDC än förväntat”, säger Philipp.

JDC är, tillsammans med fem andra instrument, en del av Particle Environment Package (PEP), en av de två svenska vetenskapliga nyttolasterna på JUICE.

Philipp Wittmann, född i Tyskland, försvarar sin doktorsavhandling "The Jovian Plasma Dynamics and Composition Analyzer (JDC) for ESA's JUICE mission" fredag den 13 maj 2022 i aulan på IRF i Kiruna. Fakultetsopponent är Dr Frédéric Allegrini från Southwest Research Institute i USA.

Doktorsavhandlingen: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn%3Anbn%3Ase%3Aumu%3Adiva-193773

Kontakt:
Philipp Wittmann, doktorand, Institutet för rymdfysik (IRF) och Umeå universitet.
philipp.wittmann@irf.se
+46 980 79073

***********************************************************************************
(ENG)

On May 13th Philipp Wittmann, Swedish Institute of Space Physics (IRF) and Umeå University, will defend his doctoral thesis. Philipp has been part of developing, testing, and calibrating the particle instrument Jovian plasma Dynamics and Composition analyzer (JDC). It will measure ions and electrons in the Jovian system onboard the upcoming European spacecraft JUpiter ICy moons Explorer (JUICE).

The JUICE spacecraft will be launched in 2023 towards Jupiter and the main scientific goal of the mission is to study the habitability of Europa, Ganymede, and Callisto, three of the four Galilean moons. The particle instrument JDC will contribute to this study by measuring ion and electron fluxes, their dynamics and the different types of ions present in the Jovian system.

“The uniqueness of JDC is a combination of a very compact sensor design and the capability to measure not only positive but also negative ions with the same instrument. I worked on four different versions of the instrument including the unit selected to fly to Jupiter,” says Philipp.

Philipp’s work included the implementation of design changes for improved instrument ventilation, the design and implementation of electronic boards, integration of the different versions of JDC, surface treatments and a variety of environmental tests. He also calibrated both the flight unit and the flight spare unit.

To make sure that JDC’s detectors can handle the number of particles accumulated during the whole mission at Jupiter, Philipp implemented a lifetime test for the detectors.

“In a lifetime test the detectors are illuminated by a particle source and the registered signals are accumulated. When the accumulated number of particles registered exceeds the estimated number of particles the lifetime test is considered successful. In the lifetime test not only this estimate was exceeded, but also the expected operational time of JDC”, says Philipp.

JDC is, together with five other instruments, a part of the Particle Environment Package (PEP), one of the two Swedish payloads of the JUpiter ICy moons Explorer.

Philipp Wittmann, born in Germany, defends his PhD thesis titled “The Jovian Plasma Dynamics and Composition Analyzer (JDC) for ESA’s JUICE mission” on Friday the 13th of May 2022 in the auditorium at IRF in Kiruna. The faculty opponent is Dr Frédéric Allegrini from the Southwest Research Institute in the USA. 

The doctoral thesis: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn%3Anbn%3Ase%3Aumu%3Adiva-193773

Contact:
Philipp Wittmann, PhD, Swedish Institute of Space Physics (IRF) and Umeå University
philipp.wittmann@irf.se
+46 980 79073