Test-HIFI voor ESA

Opluchting bij SRON, het nationaal instituut voor ruimteonderzoek, want hun HIFI-prototype is klaar. Het apparaat krijgt een cruciale rol in de satelliet Herschel. Die telescoop voor infrarode en microgolfstraling wordt in 2007 gelanceerd.


Het SRON Netherlands Institute for Space Research heeft haar prototype van HIFI, een nieuw sterrenkundig instrument, overgedragen aan de Europese Ruimtevaartorganisatie ESA. Hiermee is een belangrijke fase in de ontwikkeling en bouw van dit geavanceerde infraroodinstrument afgerond. HIFI, het Heterodyne Instrument for Far Infrared, vormt met nog twee andere instrumenten het wetenschappelijke hart van ESA’s ruimtetelescoop Herschel, die in 2007 zal worden gelanceerd. Het prototype van HIFI moet uitwijzen dat alles in de satelliet past, goed functioneert en gelanceerd kan worden.

Met HIFI kan het heelal voor het eerst vanuit de ruimte worden bestudeerd in een golflengtegebied dat ligt tussen infrarood en microgolven. Daarmee is bijvoorbeeld mogelijk water in interstellaire gaswolken aan te tonen, maar ook bij kometen, planeten en hun manen. En dat geeft belangrijke informatie over de energiebalans van veel processen in het heelal; water speelt daarbij een cruciale rol. HIFI kan door het bestuderen van verre kosmische gaswolken zelfs terug in de tijd kijken naar de allereerste stervorming in het heelal.

De door SRON te bouwen HIFI spectrometer is een kastje zo groot als een magnetron in het brandpunt van Herschel’s infrarood telescoop. Het grootste deel van HIFI en de overige instrumenten bevinden zich in een cryostaat, een grote ‘thermosfles’ die met vloeibaar helium wordt gekoeld tot maar een paar graden boven het absolute nulpunt. Dat is nodig omdat alles wat niet zo extreem gekoeld wordt, zelf minstens zo veel ver-infrarood straling uitzendt als de objecten aan de hemel die HIFI wil waarnemen. bron: SRONKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

Herschel zet het werk voort van IRAS en ISO, projecten waarbij SRON ook sterk betrokken was. De satelliet gaat op anderhalf miljoen kilometer van de aarde astronomische waarnemingen verrichten. Ongewenste straling van aarde, zon en maan wordt hier zoveel mogelijk vermeden. SRON is niet alleen de architect van het HIFI-instrument, maar zal na de lancering ook astronomisch onderzoek doen met de verzamelde gegevens.

FM radiotechniek

Het belangrijkste deel van HIFI past in een kastje van maar 40 × 40 × 50 cm en weegt niet meer dan zo’n vijftig kg. Aan de constructie van dit onderdeel werkten 25 wetenschappelijke instituten uit twaalf landen mee. HIFI moet straling meten die tussen zichtbaar licht en radiogolven in zit.

SRON heeft hierbij gebruik gemaakt van technieken voor FM radio-ontvangers. Het instrument meet niet het signaal dat bij de ontvangers binnenkomt, maar een verschilsignaal dat ontstaat door het oorspronkelijke signaal te mengen met een referentiesignaal van ongeveer dezelfde frequentie (heterodyne menging).

Alle informatie die in het oorspronkelijke signaal zat, zit ook in dit verschilsignaal, maar bij een veel beter te verwerken lagere frequentie. SRON behoort tot de wereldtop in het ontwerpen van heterodyne ontvangers voor de hoogste frequenties (rond 1000 GHz), het resultaat van meer dan 15 jaar lang onderzoek en ontwikkeling.

Artist’s impression van de Herschel-telescoop. Dat infraroodobservatortium wordt volgens planning in augustus 2007 gelanceerd. bron: SRONKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

Testen en nog eens testen

Instrumenten voor satellieten krijgen het zwaar te verduren. Het vacuüm van de ruimte, de enorme temperatuurwisselingen en natuurlijk de ruwe lancering: de gevoelige apparatuur moet er allemaal tegen kunnen.

Het aan ESA overgedragen prototype, het kwalificatiemodel, moet bewijzen dat het instrument het geweld van een lancering goed kan doorstaan. Verschillende onderdelen van het instrument hebben al de nodige beproevingen, bijvoorbeeld een zware triltest bij 253 graden onder nul, achter de rug.

Voorbereiding van HIFI voor de triltest bij het Centre Spatial de Liège. Het instrument doorstond de test die uitgevoerd werd bij een temperatuur van -253 graden Celsius glansrijk. bron: SRONKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

Tijd dus voor de Europese Ruimtevaartorganisatie ESA om alle puzzelstukjes in elkaar te passen en te verifiëren of alles binnen het geheel van de Herschel ruimtetelescoop past en functioneert. Vanaf begin 2005 starten de tests hiervoor bij EADS Astrium in Duitsland.

SRON blijft sterk betrokken bij het testprogramma. Klaas Wildeman, bij SRON verantwoordelijk voor het ontwerp en de bouw van het prototype, verwacht echter geen grote problemen. “HIFI is in ons eigen lab al uitgebreid getest. Bij de komende tests zullen we waarschijnlijk nog wat kinderziekten tegenkomen die vooral te maken hebben met de integratie van apparatuur en satelliet.”.

De beproevingen aan dit prototype van de Herschel ruimtetelescoop zullen ongeveer een half jaar in beslag nemen.

Triltest HIFI op de trilfaciliteit van het Centre Spatial de Liège van de Universiteit van Luik. De triltest moet aantonen dat het instrument de trillingen van de lancering goed kan doorstaan. bron: SRONKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

Daarna volgt de bouw van het uiteindelijke instrument. De levering daarvan moet eind maart 2006 plaatsvinden. Vervolgens start bij Astrium een periode van samenbouw, kalibreren, ijken, triltests en thermische tests aan de Herschel ruimtetelescoop. De satelliet moet dan in mei 2007 worden overgedragen aan ESA. Naar verwachting zal de satelliet in augustus 2007 worden gelanceerd.