Thermal design of MAJIS imaging spectrometer for JUICE mission

MAJIS (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer) is a visible and infrared spectrometer operating in range of 0.4 to 5.7 µm; designed for the JUICE mission. It will observe tropospheric cloud features and minor species on Jupiter and will investigate the composition of ices and minerals on the surfaces of icy moons. Mechanical and Thermal studies have been developed to guarantee the correct behavior of the instrument. From mechanical point of view, studies are mainly concerned about the launch phase which is the most critical period. From the thermal point of view, the focus will be on the orbital phases around the Jupiter moons which will induce the most critical thermal conditions and operating thermal conditions will have to be warranted. Numerical FEM and FD based models have been developed to support the analysis. Different materials and geometries have been analyzed in order to find the best solutions to fulfill all the mechanical and thermal requirements. Result of the design is that the main requirements of the instruments have been satisfied, guaranteeing first vibration mode at a frequency higher than 150 Hz, resistance to mechanical loads and working temperature lower than 90 K for the IR-detector of the instrument. Predicted temperature distribution of the instrument, enables the possibility of performing thermo-elastic analysis on the structure and calculating the resultant distortion and stresses.

MAJIS è uno spettrometro ad immagini progettato per lavorare nel campo del visibile e dell’infrarosso. Lo strumento è stato sviluppato per la missione JUICE, la quale prevede l’osservazione di Giove e delle sue Lune. In questo lavoro di tesi, si sono sviluppati i modelli termici dello strumento simulando la condizione operativa maggiormente critica, ovvero il passaggio attorno al satellite Ganimede. Lo sviluppo del modello del banco ottico dello strumento è stato dettagliato evidenziando i componenti principali dello stesso, ottenuti da un precedente studio di progettazione meccanica dello strumento. In parallelo allo studio termico, si è sviluppato il sistema di isolamento e supporto meccanico del sensore infrarosso dello strumento. Le analisi termiche e meccaniche haanno consentito di verificare il rispetto dei requisiti di progettazione imposti dalla missione. Infine, le caratteristiche di un mockup termico del sistema d’isolamento sono state verificate con test in condizioni di vuoto a temperatura ambiente. I risultati dell’attività sperimentale hanno consentito di validare i modelli termo-meccanici realizzati.