Optimization of the two-stage radiator for an IR spectrometer passive cooling

MAJIS (Moons And Jupiter Imaging Spectrometer) is an imaging spectrometer designed to acquire images with frequencies wave in the visible and near IR ranges. It is designed for the JUICE space mission, whose objective is the study of the surface and atmosphere of the Jupiter and its moons: Europa, Ganymede and Callisto. The mechanical design of the passive cooling system of the infrared detector, made with two honeycomb sandwich panels, is a critical task: mass budget for the design is only 2.4 kg and the first modal frequency must be higher than 150 Hz. Moreover, the value of the thermal resistance of the support system used to keep separated the two panels, has to be maximized in order to achieve required thermal performances, i.e. detector temperature of 80 K. In this regard, a trade-off analysis has been performed and different concepts have been compared which allowed to complete the feasibility study. After the design phase, radiators and supports were manufactured and assembled in order to perform mechanical testing. Different dynamic tests were performed on the assembled radiators mock-up to measure its dynamic behavior and therefore validate the obtained FEM results.

MAJIS (Moons And Jupiter Imaging Spectrometer) è uno spettrometro ad immagini progettato per misurare nel campo del visibile e nel vicino IR. Lo strumento è in corso di sviluppo per la missione spaziale JUICE, il cui obiettivo prevede lo studio della superficie e dall’atmosfera di Giove e di alcuni suoi satelliti, ovvero Europa, Ganymede e Callisto. La progettazione meccanica del sistema di raffreddamento passivo del detector infrarosso, costituito da due pannelli sandwich con core avente struttura a nido d’ape, è particolarmente critica visti i vincoli di progettazione. La massa consentita è solamente 2.4 kg, la prima frequenza propria deve essere superiore ai 150 Hz e la resistenza termica dei supporti che isolano termicamente i due radiatori deve essere massimizzata. Differenti modelli del sistema di raffreddamento ed analisi ad elementi finiti sono state effettuate per completare lo studio di fattibilità ed ottimizzare il layout finale. A valle della fase di progettazione, i radiatori e i supporti sono stati realizzati e assemblati per l’esecuzione dei test meccanici di caratterizzazione e di qualifica. I test effettuati hanno permesso di verificare il comportamento dinamico dell’assieme e validare i risultati ottenuti dalle analisi ad elementi finiti effettuate.