Das STIX-Röntgenteleskop bestehend aus Imager (links) und Detektormodul (rechts) (Bild: FHNW)
Das STIX-Instrument
Spectrometer Telescope for Imagining X-rays (STIX)
Art of Technology (zusammen mit dem Hauptauftragnehmer Almatech S.A.) erhielt von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) den Auftrag für die Konzeption, Entwicklung, Herstellung und Lieferung des Detektor-Elektronikmoduls (DEM), das in einem Spektrometer-Teleskop für Röntgenstrahltomographie (STIX) eingesetzt wird… ein Schweizer Experiment, finanziert vom Swiss Space Office (SSO) und eines von zehn Instrumenten an Bord des Solar Orbiters.
Die Raumsonde wurde am 10. Februar 2020 vom Kennedy Space Center in Cape Canaveral aus gestartet und wird sich der Sonne bis auf 45 Millionen Kilometer nähern (ein Viertel der Entfernung zwischen Erde und Sonne) näher als jede andere zuvor und wird sich mit der Sonne drehen, wodurch ein bestimmter Teil der Oberfläche für längere Zeiträume ohne Unterbrechung beobachtet werden kann. Dies ermöglicht neue Einblicke in die Aktivitäten der Sonne und ihre Auswirkungen auf die Erde, z.B. bessere Vorhersage der hochenergetischen Teilchen, die Anlagen wie Radio- und Satelliten-Kommunikation auf der Erde stören können. Die Solar Orbiter-Mission soll die zentrale Frage der Heliophysik beantworten: Wie erzeugt und steuert die Sonne die Hemisphäre?
Entwickelt und gebaut unter der Leitung der Fachhochschule Nordwest (FHNW), wird das STIX-Instrument Beobachtungen der Sonne mit beispielloser Schärfe und direkten Messungen von Sonnenwinden und geladenen Partikeln in der Nähe ihren Ursprungsortes liefern. Die neue Umlaufbahn ermöglicht die Erforschung der anderen Seite der Sonne, die von der Erde aus nicht zu sehen ist… und zum ersten Mal der Polarregionen.
STIX wird dazu beitragen, die Mechanismen hinter der Beschleunigung der Elektronen an der Sonne und ihrem Transport in den interplanetaren Raum zu verstehen. STIX wird auch eine Schlüsselrolle bei der Verknüpfung von Fernerkundungs- und in-situ-Beobachtungen mit bildgebender Spektroskopie von solar-thermischen und nicht-thermischen Röntgenemissionen spielen, sowie bei der Bereitstellung quantitativer Informationen zu Timing, Ort, Intensität und Spektren beschleunigter Elektronen und Hochtemperatur-Thermoplasmen, die hauptsächlich mit Fackeln oder Mikrofackeln in der Sonnenkorona und Chromosphäre in Verbindung gebracht werden.
Das STIX-Instrument ist in drei Subsysteme unterteilt, die in zwei verschiedenen thermischen Umgebungen arbeiten: Durchführung mit zwei Röntgenfenstern, Gitter mit Aspektsystem und Detektor-Elektronikmodul (DEM). Die Gitter und das DEM befinden sich innerhalb der Sonde, während die Durchführung vom Hitzeschild umgeben und eines der Fenster direkt der Sonne ausgesetzt ist. Die Innentemperatur der Raumsonde wird im heissen und kalten Betriebsmodus auf +50°C bzw. -20°C gehalten, während die im DEM befindlichen CdTe-Detektoren durch ein von der Sonde versorgtes Kühlelement auf etwa -20°C gehalten werden.
Detektor-Elektronikmodul (DEM)
Optische Ausrichtung der STIX Detektorelektronik (DeE – Q1)
Detektor-Elektronikmodul (DEM)
Kunde: European Space Agency (ESA)
ESA-Vetrag Nr. 4000108509/13/NL/JC
Das DEM umfasst eine Kälteelektronik mit 32 Detektoren (die hinter jedem Kollimator des Imagers ausgerichtet sind, um Photonenzählung und Spektroskopie im harten Röntgenbereich durchzuführen, sowie analoge Puffer, Filter und Temperatursensoren), die an ein Kühlelement bei -20°C angeschlossen sind und Wärme-Front-End-Elektronik (einschliesslich Analog-Digital-Wandler, Spannungsregler, Testimpulsgenerator, Filter) möglicherweise bei +50°C.
Die IDPU (Instrument Data Processing Unit) umfasst Netzteile (PSU), FPGAs zur Steuerung der Detektoren (Konfiguration und Ereignisanzeige) und alle ADCs (für die Codierung von Photodioden-, Temperatur- und Photonenenergiesignalen) sowie Fluganwendungssoftware für wissenschaftliche Datenverarbeitung und Space-Wire-Kommunikation mit der Raumsonde.
Unser Beitrag
| Design, Entwicklung, Produktion, Integration und Test von | Unterstützung des Systemdesigns |
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| Unterstützung der Instrumentenintegration und -prüfung | Elektronische Bodenausrüstung (EGSE) |
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Das SPICE-Instrument
Stratospheric Particle Injection for Climate Engineering
SPICE ist ein hochauflösendes Bildgebungsspektrometer, das bei extremen ultravioletten Wellenlängen arbeitet und die wichtigsten wissenschaftlichen Ziele von Solar Orbiter adressiert, indem es quantitative Kenntnisse über den physikalischen Zustand und die Zusammensetzung der Plasmen in der Sonnenatmosphäre bereitstellt, insbesondere die Erforschung der Quellenbereiche von Abflüssen und Auswurfprozessen, die die Sonnenoberfläche und Korona mit der Heliosphäre verbinden.
SPICE wurde entwickelt, um die Struktur, Dynamik und Zusammensetzung des Übergangsbereichs und der Korona zu untersuchen, indem wichtige Emissionslinien auf der Sonnenscheibe auf Zeitskalen von Sekunden bis zu Zehnerminuten beobachtet werden. Ein Schlüsselaspekt von SPICE ist die Fähigkeit, die räumlichen und zeitlichen Signaturen von Temperatur- und Dichte-Tracern zu quantifizieren, um die Wechselbeziehung zwischen der Chromosphäre, koronalen Strukturen, koronalen Massenauswürfen, der Sonnenwinde und der unteren Korona zu entschlüsseln.
Unter Beobachtung der Intensität ausgewählter Spektrallinien und Linienprofile zweier EUV-Wellenlängenbänder (70.4 – 79.0 nm und 97.3 – 104.9 nm) leitet SPICE Informationen zu Temperatur, Dichte, Strömung und Zusammensetzung eines breiten Spektrums von Plasmen ab, die in der Sonnenatmosphäre bei Temperaturen von 10’000 bis 10’000’000 Kelvin gebildet werden.
SPICE Spaltwechselmechanismus
(Foto: Almatech SA)
Slit Change Mechanism (SCM)
Hauptauftragnehmer: Almatech SA
Vertrag Nr. ALM-ACH-0776.15
Der Spaltwechselmechanismus (Slit Change Mechanism), der sich im Herzen des SPICE-Instruments befindet, bietet vier austauschbare Schlitze unterschiedlicher Breite, die für die Streuung des Lichts von der Sonne erforderlich sind. Das Bild der Sonne, das durch den parabolischen Aussenspiegel gebildet wird, wird an die vier Spalten gesendet. Jeder der Schlitze wählt einen Teil des Sonnenbildes aus und gibt ihn an zwei Detektor-Arrays weiter und kann je nach den durchzuführenden wissenschaftlichen Aktivitäten individuell in die aktive Schlitz-Position gebracht werden.
Unser Beitrag
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Charakterisierung von 3D-MID für Raumfahrtanwendungen
Kunde: European Space Agency (ESA)
ESA Contract No. 4000117360/16/UK/ND
3D-MID-Technologie (mit Spritzguss Thermoplasten) ermöglicht die Integration mechanischer, elektronischer, optischer und thermischer Funktionen in dreidimensionale Konstruktionen über selektive Metallisierung, bietet eine hohe geometrische Gestaltungsfreiheit und unterstützt die Miniaturisierung elektronischer Geräte. Anwendungen wie Positionssensoren, Aktoren, Schalter und Antennen können von der Herstellung komplexer Strukturen und Formen profitieren, die potenziell erhebliche Einsparungen an Raum, Masse und Gewicht bieten, die mit herkömmlichen elektronischen Fertigungsmethoden nicht erreicht werden können.
Der Begriff MID kann auch mechatronische integrierte Geräte umfassen, wobei die Tatsache berücksichtigt wird, dass die dreidimensionalen Träger nicht zwangsläufig spritzgegossene Thermoplaste sein müssen. Andere Materialien wie Keramik und Duroplaste können ebenfalls verwendet werden, was die Integration von Sensoren in komplexe Strukturen oder die Integration von Abschirmung, Kühlung und Gehäuse für optimale Miniaturisierung und Gewichtseinsparung ermöglicht. Sogar thermische Funktionen wie Wärmeableitung und Kühlung können mit wärmeleitenden Substratmaterialien und vollständig metallisierten Oberflächen realisiert werden.
Hauptvorteile der 3D-MID-Technologie
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Optimale Raumnutzung durch hohe funktionelle Integrationsdichte mechanischer und elektronischer Funktionen auf einer Komponente |
MID-Designs ermöglichen effizienteres AIT (Montage, Integration und Test) |
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Unser Beitrag
| Ziele | Arbeitsumfang |
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Phase 1: Untersuchung, Definition und Prozessbewertung
Phase 2: Design, Fertigung und Charakterisierung
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Resultate
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Die wichtigsten Ergebnisse, die bei der Durchführung dieses Projekts erzielt wurden, sind: |
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«POLAR»
(im Weltraum)
Gamma-Ray-Bursts Polarisationsdetektor «POLAR»
Kunde: European Space Agency (ESA)
ESA-Vertrag Nr. 4000107117/12/NL/CB (HVPS)
ESA-Vertrag Nr. 4000107120/12/NL/CB (LVPS)
Obwohl 1960 entdeckt, sind Gammastrahlenblitze (GRBs- Gamma Ray Bursts) immer noch voller Geheimnisse und der Entstehungsmechanismus dieser sehr intensiven Explosionen ist weiterhin unbekannt. Um bestehende Modelle zu validieren oder auszuschließen, ist eine genaue Messung der Polarisation des GRB erforderlich.
«POLAR» ist ein hochempfindlicher Detektor der den Compton-Streuungs-Effekt nutzt, um die Polarisation der einfallenden Photonen zu messen. Mit seinem großen Sichtfeld und einer Detektionsenergie bis 500 keV wird er eingesetzt, um die Polarisation der GRB-Emissionen mit Hilfe von niedrigen Z-Material Kunststoff-Szintillatoren, Multimode-Photomultiplier und Multi-Channel-ASIC-Front-End-Elektronik zu messen. «POLAR» sollte zwei bis drei Jahre im Betrieb sein, während derer eine große Anzahl von GRBs gemessen werden soll.
erstes offizielles Foto an Bord
Weltraumlabor „Tiangong-2“
Niederspannungs-Stromversorgung
Hochspannungs-Stromversorgung
Unser Beitrag
Der Bau des «POLAR» Detektors, dem einzigen nicht-chinesischen Experiment an Bord des chinesischen Raumlabors „Tiangong-2“, wurde von einem internationalen Kooperationsprojekt durchgeführt mit Beiträgen aus China, Frankreich, Polen und der Schweiz. Der Aufgaben- u Verantwortungsbereich von Art of Technology umfasst insbesondere:
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POLAR war das einzige nicht-chinesische Experiment an Bord von Tiangong-2, dem chinesischen Weltraumlabor, das als vorläufiger Teststand für Schlüsseltechnologien gedacht war und am 15. September 2016 vom Jiuquan Satellite Launch Center (JLSC) gestartet und am 19. Juli 2019 außer Betrieb genommen wurde (wie geplant).
Unsere erste Elektronik im Weltraum!
NETLANDER in entfalteter Konfiguration
Seismometer-Elektronik «SEIS-EL»
Kunde: Contraves AG
Die NETLANDERTM Mission plante vier identische Lander zur Oberfläche des Mars zu schicken, um simultane Messungen der inneren Struktur des Mars, dessen Untergrund und Atmosphäre durchzuführen. Um die Missionsziele in Bezug auf innere Struktur, Untergrund, Atmosphäre und Ionosphäre des Mars zu erfüllen, wurde jeder der 4 Lander mit einer Nutzlast von neun Instrumenten ausgerüstet. Die Seismometer-Elektronik «SEIS-EL» steuert die Beine der Messkugeln, die internen seismischen Instrumente und eine Vielzahl von Sensoren.
NETLANDER-Sphäre mit
2 sehr breitbandigen SEISmometern
NETLANDER SEISmomoter
(Engineering Model)
Unser Beitrag
Mit einer Masse der Lander beschränkt auf 22 kg (davon nur 5,2 kg für wissenschaftliche Instrumente) war das Ziel, mögliche Senkungen (Masse, Volumen und Kosten) zu schätzen und eine Empfehlung für den am besten geeigneten Ansatz und die beste Technologie zu liefern. Art of Technology untersuchte in einer Systemanalyse, technologischen Auswertung und einer Machbarkeitsstudie die Haupt- und Hilfssteuerungen und die Motorantriebselektronik für die Seismometer-Elektronik, einschliesslich:
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 Haftungsausschluss: Die hier geäußerte Meinung kann in keiner Weise als offizielle Meinung der Europäischen Weltraumorganisation angesehen werden. |