ESA’s röntgensatelliet Athena wordt niet eerder dan 2031 gelanceerd, maar de voorbereidingen zijn al in volle gang. SRON levert de uitleeselektronica en de behuizing voor de detectoren van XIFU—een van Athena’s twee instrumenten. De zogenoemde Focal Plane Assembly zit in de eerste van vijf productiefasen—het development model—en is nu geslaagd voor zijn Critical Design Review.
Elke raket die een wetenschappelijke lading lanceert, draagt tegelijkertijd zweet en tranen mee van talloze wetenschappers en ingenieurs die dag en nacht hebben gewerkt om de instrumenten te ontwikkelen die opnieuw hun equivalenten aan boord van voorgaande raketten overtreffen. Voor elke missie ontwikkelen ze gloednieuwe technieken of verbeteren ze bestaande technologie. De röntgenmissie Athena is geen uitzondering, dus moeten SRON-onderzoekers vele problemen overwinnen bij de ontwikkeling van hun bijdrage aan Athena’s XIFU-instrument.
Ten eerste moet de cryostaat van het XIFU-instrument zijn acht cellen beter dan ooit thermisch isoleren. SRON ontwerpt de drie koudste van die acht cellen. De koudste daarvan, die een TES-array detector draagt, weegt ongeveer een kilo en moet op een temperatuur blijven van vijftig milliKelvin met een stabiliteit van minder dan één microKelvin. Deze cel is omgeven door een ring van driehonderd milliKelvin en een structuur van twee Kelvin. In SRON’s ontwerp bieden Kevlar draden voldoende thermische isolatie tussen de cellen voor een cryostaat met de gelimiteerde kracht van zonne-energie. Tegelijkertijd maakt Kevlar de structuur sterk genoeg om een raketlancering te overleven.
Magnetische velden vormen een ander probleem. De naburige cryogene koeler en andere bronnen aan boord van Athena induceren magnetische velden die rond de honderdduizend keer te sterk zijn voor XIFU om te functioneren. Tijdens testen op aarde speelt het aardmagnetisch veld een vergelijkbare storende rol. Het ontwerp van SRON bevat twee magnetische schilden die deze velden reduceren met een factor van meer dan honderdduizend, zodat ze een correct functionerende detector garanderen, zowel op aarde als in de ruimte.
Het SRON-ontwerp van het development model van de Focal Plane Assembly is nu geslaagd voor zijn Critical Design Review en heeft groen licht gekregen voor productie. In 2019 wordt het geassembleerde model getest.
———————————————————————————————————————
———————————————————————————————————————
SRON’s contribution to Athena passes Critical Design Review
ESA’s X-ray observatory Athena won’t be launched until 2031, but preparations are already well underway. SRON will deliver the cryogenic readout electronics and chassis for the detectors of one of the space telescope’s two instruments, called XIFU. The so-called Focal Plane Assembly (FPA) is in the first of five phases of production—the development model—and has now passed its Critical Design Review.
Each rocket lifting a scientific payload that thunders into the sky also carries the sweat and tears of countless scientists and engineers that worked day and night to develop instruments that yet again outperform their equivalents onboard previous rockets. For each new mission, they develop brand new technologies or drastically improve existing ones. The X-ray mission Athena is no exception, so SRON researchers need to overcome numerous problems while developing their contribution to Athena’s X-IFU instrument.
Firstly, the cryostat of the XIFU instrument is required to thermally isolate its eight cells at an unprecedented level. SRON designs the coldest three shells. The coldest cell, carrying a TES-array detector, weighs about one kilogram and needs to be kept at a temperature of fifty milliKelvin with a stability of less than one microKelvin. This cell is surrounded by a ring at three hundred milliKelvin and a structure at two Kelvin. In SRON’s design, Kevlar wires provide enough thermal isolation between the cells for a cryostat whose energy source is limited by solar power. At the same time, the Kevlar makes the structure strong enough to survive a rocket launch.
Another problem involves magnetic fields. The close-by cryogenic cooler and other sources onboard Athena will induce magnetic fields about one hundred thousand times too strong for XIFU to work correctly. During tests on Earth, the Earth’s magnetic field also plays a comparably disturbing role. SRON’s design contains two magnetic shields that reduce these fields by a factor of more than a hundred thousand to ensure proper functioning of the detector, both on the ground and in space.
The SRON design of the development model of the Focal Plane Assembly has now passed its Critical Design Review, and was given the green light for production. Testing of the assembled model will take place in 2019.