Galactic Cosmic Rays characterization with ESA planetary missions

Galactic cosmic rays (GCRs) represent a major challenge for space exploration. Composed of highly energetic charged particles, they can cause damage to elec- tronics devices and biological systems, motivating the need of designing effi- cient spacecraft shielding and astronaut suits. This work presents two ways of characterizing GCRs fluxes with observations from ESA planetary missions. In a first part, focus is set on a dedicated radiation monitoring instrument: the RADiation-hard Electron Monitor (RADEM) onboard the JUICE spacecraft. Simulations are run using a particle-through-matter modeling framework to characterize the Heavy-Ion Detector Head (HIDH)’s response to particle fluxes. In particular, the instrument’s field of view, geometric factors and estimated count rates are derived. In a second part, the use of engineering data for GCRs characterization is investigated with the Venus Express mission. This data comes from the error detection and correction system which responds to highly ener- getic charged particles hitting the spacecraft’s memory devices. This work pro- poses a first-of-a-kind analysis of GCRs at Venus over a long period of time and demonstrates the use of this data in its characterization by correlation analysis. In particular, the results suggest a near-instantaneous effect of the solar activity on GCRs fluxes close to the Sun.

I Raggi Cosmici Galattici (RCG) rappresentano una sfida significativa per l'esplorazione spaziale. Composti da particelle cariche altamente energetiche, possono causare danni ai dispositivi elettronici e ai sistemi biologici, motivando la necessità di progettare schermature efficienti per le navicelle spaziali e tute per gli astronauti. Questo lavoro presenta due modi per caratterizzare i flussi di RCG con osservazioni delle missioni planetarie dell'ESA. Nella prima parte, l'attenzione è focalizzata su uno strumento dedicato al monitoraggio delle radiazioni: il RADiation-hard Electron Monitor (RADEM) a bordo della sonda JUICE. Vengono eseguite simulazioni utilizzando un framework di modellizzazione particelle-materia per caratterizzare la risposta dell'Heavy-Ion Detector Head (HIDH) ai flussi di particelle. In particolare, il campo visivo dello strumento, i fattori geometrici e i tassi di conteggio stimati vengono derivati. Nella seconda parte, viene indagato l'uso dei dati ingegneristici per la caratterizzazione dei RCG con la missione Venus Express. Questi dati provengono dal sistema di rilevamento e correzione degli errori, che risponde alle particelle cariche altamente energetiche che colpiscono i dispositivi di memoria della navicella spaziale. Questo lavoro propone un'analisi senza precedenti dei RCG su Venere per un lungo periodo di tempo e dimostra l'uso di questi dati nella loro caratterizzazione tramite analisi di correlazione. In particolare, i risultati suggeriscono un effetto quasi istantaneo dell'attività solare sui flussi di RCG vicino al Sole.