Vandaag heeft SRON Nationaal Instituut voor Ruimteonderzoek het 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, 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. Dat maakt het bijvoorbeeld mogelijk om water aan te tonen in interstellaire gaswolken, 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 zelfs door het bestuderen van verre kosmische gaswolken terug in de tijd kijken naar de allereerste stervorming in het heelal.

Deze infraroodmissie van de Europese Ruimtevaartorganisatie ESA zet het werk voort van IRAS en ISO, projecten waarbij SRON ook sterk betrokken was. Herschel gaat vanaf een punt dat anderhalf miljoen kilometer van de aarde verwijderd is astronomische waarnemingen verrichten. Ongewenste straling van aarde, zon en maan wordt hier zoveel mogelijk vermeden. SRON heeft als principal investigator de leiding over het HIFI project. Het instituut is niet alleen de architect van het instrument, maar zal na de lancering ook astronomisch onderzoek doen met de HIFI-gegevens. HIFI is het grootste wetenschappelijke project uit de SRON-geschiedenis.

FM radiotechniek

Het belangrijkste deel van HIFI past in een kastje van maar 40 x 40 x 50 cm en weegt niet meer dan zo’n vijftig kg. Toch werken aan de constructie van dit onderdeel 25 wetenschappelijke instituten uit twaalf landen mee. HIFI moet straling meten die tussen zichtbaar licht en radiogolven in zit. Dat is voor zulke hoge frequenties niet eenvoudig. 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.

Testen en nog eens testen

Aan de uiteindelijke bouw van een instrument als HIFI gaat een heel traject vooraf. Om te beginnen was er een uitgebreid onderzoek naar sensoren, spectrometers met hoge resolutie, verwerkingselektronica en software. Vervolgens moest met een zogenaamd ontwikkelingsmodel worden aangetoond dat het gekozen concept voor het instrument goed werkte.

Maar satellieten, en dus ook de instrumenten aan boord, moeten daarnaast de krachten en trillingen van een lancering kunnen doorstaan en vervolgens in de ruimte kunnen functioneren onder extreme condities. Wat kwaliteit en duurzaamheid betreft, moet HIFI dus aan hoge eisen voldoen. Een uitgekiend ontwerp met veel ingebouwde foutbestendigheid en heel veel testen vooraf moeten er voor zorgen dat het instrument minstens drie jaar foutloos blijft functioneren. 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.

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". Zo wordt zeker gesteld dat deze problemen straks niet kunnen optreden bij een satelliet op een afstand van anderhalf miljoen kilometer. De beproevingen aan dit prototype van de Herschel ruimtetelescoop zullen ongeveer een half jaar in beslag nemen.

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.