SRON ontwikkelt chip voor ruimtevaart

Ingenieurs van het Nederlands ruimteonderzoeksinstituut SRON zijn erin geslaagd in eigen huis een chip te ontwikkelen voor toepassingen in de ruimtevaart. De chip, een zogenoemde ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), kan in een satelliet het signaal dat uit een detector komt omzetten in een digitaal signaal dat computers weer kunnen verwerken. Waar vroeger een grote elektronische schakeling voor nodig was, kan nu met een chip van ongeveer 1 bij 1 millimeter. “Dat wij deze technologie nu beheersen is niet alleen een uitkomst voor onze eigen ruimte-instrumenten, het biedt ook uitstekende mogelijkheden voor toepassing door andere bedrijven en instituten”, vertelt projectleider Steven Leussink.

Kleiner, lichter, efficiënter en gevoeliger: dat is de voortdurende tendens in de ruimtetechnologie. SRON is een belangrijke trendsetter op dit gebied. De röntgendetectoren die het instituut ontwikkelt, behoren tot de beste en de gevoeligste ter wereld. Ze kunnen de energie van één enkel kosmisch röntgenfoton met grote precisie bepalen. Voor toekomstige ruimtemissies, die bijvoorbeeld de oudste structuren van het heelal proberen te doorgronden, zijn dit soort detectoren een must.

Pixels

Net als digitale fotocamera’s leveren detectoren voor ruimteonderzoek een scherper beeld op als ze opgebouwd zijn uit meer pixels. SRON ontwikkelt momenteel detectoren die opgebouwd zijn uit duizenden pixels. Voor röntgendetectoren is dat uniek.Voor iedere pixel is bedrading nodig om aan te sturen en uit te lezen. “Om al die informatie van en naar de detectorelementen goed te kunnen geleiden zonder dat je een bundel draden nodig hebt, is miniaturisatie essentieel en zijn de ASIC’s een geweldige oplossing”, zegt Leussink.

“Natuurlijk zijn in de handel ook allerlei chips verkrijgbaar, maar niet voor onze toepassingen en niet naar onze eisen”, aldus Leussink. “Dat is de reden waarom we in 2003 begonnen zijn deze chips zelf te ontwikkelen.”

Slim ontwerp

De eisen aan elektronica in de ruimtevaart zijn extreem. Het gaat vooral om de betrouwbaarheid en de stralingshardheid. De kosmische straling, die op aarde wordt tegengehouden door de atmosfeer, kan in de ruimte vooral aan de elektronica veel schade aanrichten. Slim ontwerp kan dat voorkomen. Veel elektronische schakelingen worden bijvoorbeeld driedubbel uitgevoerd. Als één van de schakelingen een fout resultaat geeft door bijvoorbeeld een stralingspuls, zullen er twee schakelingen nog een goed resultaat geven. De meerderheid beslist dan en het resultaat van de foute schakeling wordt genegeerd. Zo haalt de schakeling zelf al een groot deel van de fouten eruit.

De test van de eerste chips was een spannend moment volgens Leussink. “Het opzetten van een nieuw ontwerpproces, nieuwe simulatie software en een compleet nieuw chipontwerp betekent dat er van alles fout kan gaan. Met het verschijnen van de juiste signalen op de oscilloscoop was het duidelijk dat de ontwerpomgeving werkt en dat we in staat zijn de chips te maken.”

SRON zet de ASIC-technologie in voor diverse eigen projecten, maar is door deze ontwikkeling ook voor andere bedrijven en instituten een belangrijke kennispartner. De volgende stap in het ASIC-ontwikkelproces is het onderzoeken van het gedrag van de chips op de effecten van een ruimteomgeving.