ALTEA: anomalous long term effects on astronauts on board the international space station

In this thesis I summarized the work carried out on ALTEA experiment during my PhD years. ALTEA (Anomalouos Long Term Effects on Astronauts) is a project funded by ASI, the Italian Space Agency; it is a multidisciplinary program devoted to investigate the functional effects of radiation during man permanences in space and concurrently to get a measure of radiation environment inside the International Space Station. It is constitued by several experiments both gorund-based and in space. I was mainly involved in the ALTEA-space experiment and I followed the hardware functioning tests, the calibration and the analysis of flight data. After an overview of space environment and a brief description of the main effects of radiation exposure, reported in the first chapter, the Altea program is presented with its scientific goals and the different experiments that it includes. In particular the ALTEA-space facility is described in the third chapter. In the fourth chapter a simple simulation to calculate the expected particle flux inside the ISS will be presented. In the following chapters, first of all the study I performed to verify the detector performances and characteristics is described, then the two session tests carried out at the GSI accelerator in order to test and calibrate the Flight Model and the Test Model of the device. This preliminary work was completed with the analysis of the files acquired on ground with all ALTEA Flight Model subsystems active. After ALTEA-space hardware was delivered to NASA, I contributed to asses the ALTEA User Home Base (UHB), where operation data are collected and the communications with NASA take place. Before the start of the mission operation I partecipated to the NASA simulations aimed at the reproduction of flight operations. ALTEA was finally brought on board the International Space Station within the STS-121 Shuttle mission on the July the 4th 2006; in the last chapter of this thesis the actual flight operations are described and the results of analysis performed on the first scientific data gathered onboard ISS are showed. About three month data were analyzed in this thesis and the first results include, among others, the study of the particle rate, the different particle fluxes measured by the six particle detectors and the first calculation of relative nuclear abundances. I contributed to realize and test pre-processing and analysis tools used both for calibration and for flight operations. These tools were developed using several programming languages (C, VC++, VB, IDL).

In questo lavoro di tesi sarà riportato il lavoro portato avanti sull’esperimento ALTEA durante i miei anni di dottorato. ALTEA (Anomalouos Long Term Effects on Astronauts) è un progetto finanziato dall’ASI, Agenzia Spaziale Italiana; è un programma multidisciplinare rivolto allo studio degli effetti funzionali della radiazione durante la permanenza umana nello spazio e contemporaneamente rivolto ad ottenere una misura della radiazione ambientale all’interno della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). ALTEA è costituito da diversi esperimenti sia a terra che nello spazio. Il mio coinvolgimento ha riguardato principalmente l’esperimento ALTEA-space di cui ho seguito personalmente i test hardware, le calibrazioni su fascio e l’analisi dei dati di volo. Dopo una introduzione sull’ambiente spaziale e una breve descrizione dei principali effetti dell’esposizione a radiazione, riportate nel capitolo 1, nel capitolo 2 è presentato il programma ALTEA, con i suoi obiettivi scientifici e i differenti esperimenti che lo compongono. La facility ALTEA-space è descritta invece nel capitolo 3. Nel 4 capitolo è riportata una semplice simulazione utilizzata per il calcolo del flusso di particelle atteso all’interno della ISS. Nei capitoli successivi è per primo descritto tutto lo studio da me effettuato per verificare le performances e le caratteristiche del rivelatore ed in seguito vengono descritte le due sessioni di test eseguite all’acceleratore di particelle del GSI per testare e calibrare il modello di test (TM) e il modello di volo (FM) dell’apparato. Questo lavoro preliminare è stato completato con l’analisi dei dati acquisiti a terra dal modello di volo di ALTEA con tutti i sottosistemi accesi. Dopo la consegna dell’hardware di ALTEA-space a NASA, ho contribuito alla configurazione ed installazione dell’ALTEA User Home Base (UHB) dove vengono ricevuti tutti i dati di volo e da dove sono effettuate le comunicazioni verso NASA a supporto delle operazioni di volo. Prima dell’inizio della missione ho partecipato alle simulazioni NASA volte a familiarizzare con le operazioni di volo. ALTEA è stata finalmente portata a bordo della Stazione Spaziale Internazionale all’interno della missione Shuttle STS-121 il 4 Luglio 2006; nell’ultimo capitolo di questa tesi è descritto lo stato attuale delle operazioni di volo e sono presentati i risultati dell’analisi condotta sui primi dati raccolti sulla ISS. In questa tesi sono stati analizzati circa tre mesi di dati e i primi risultati includono tra gli altri lo studio del flusso di particelle, I differenti flussi rivelati dai sei rivelatori di particelle e un primo calcolo delle abbondanze nucleari relative. Ho infine contribuito a realizzare e a testare gli strumenti software di preprocessamento e di analisi dei dati usati sia per i dati di calibrazione che per i dati di volo. Questi strumenti sono stati sviluppati utilizzando diversi linguaggi di programmazione (C, VC++, VB, IDL).