Eerste tests exoplaneetjager Plato in ruimtecondities

Samen met haar partners ontwikkelt ESA een nieuwe exoplaneetjager—ruimtetelescoop Plato—die volgens planning in 2026 wordt gelanceerd. Astronomen verwachten hiermee aardachtige planeten te ontdekken binnen de leefbare zone rond een ster, vanwege Plato’s vermogen om kleinere planeten te spotten in grotere banen dan de huidige telescopen. SRON maakt onderdeel uit van het project door Plato’s camera’s te testen in een speciaal gebouwde ruimtesimulator. SRON-onderzoekers zijn klaar met het testen van het prototype camera; alle functies werken zoals verwacht. Het raamwerk voor de camera’s ligt nu voor een maand lang in een vacuümkamer bij ESA om zijn houdbaarheid te testen onder ruimtecondities.

Inspectie van de ruimte-simulator. Een van de doelen is om met een precisie van een miljoenste deel van een cirkel te zien in welke richting de camera kijkt. Op deze foto wordt het mechanisme—een gimbal—geïnspecteerd met een theodoliet, een optisch instrument dat rotatiehoeken meet. Dit gebeurt in de cleanroom omdat zelfs het kleinste stofdeeltje voor afwijkingen kan zorgen. Via een videoverbinding is er contact met de controlekamer. Credit: SRON.

Om de extreme omstandigheden van de ruimte te simuleren, hebben SRON-wetenschappers een ruimtesimulator gebouwd die speciaal is toegespitst op het testen van Plato. Hij creëert de omstandigheden die je in de ruimte tegenkomt, met een luchtdruk nabij vacuüm en temperaturen nabij het absolute nulpunt, en genereert kunstmatig sterlicht. Een mechanisme dat ook in de ruimte moet werken beweegt de camera om zijn volledige blikveld te benutten. Daarbij meten de onderzoekers met een precisie van een miljoenste van een cirkel in welke richting de camera kijkt.

Gedurende zes weken heeft Plato’s prototype camera—het zogenoemde Engineering Model—een intensief testprogramma ondergaan om te kijken of de vereiste prestaties werden behaald en om zeker te weten dat die niet gebukt gaat onder de grote temperatuurwisselingen die je buiten de dampkring kunt verwachten. ‘Het blijkt dat alle functies van het Engineering Model werken zoals verwacht,’ zegt Lorenza Ferrari, de projectmanager. ‘Dat is goed nieuws voor Plato in het algemeen, en het toont aan dat onze ruimtesimulator uitstekend werkt.’

Tijdens de lente en de zomer moeten andere simulators in Parijs en Madrid de testresultaten reproduceren met dezelfde camera, waarmee ze dus de benodigde cross-kalibratie leveren tussen de drie opstellingen. De uiteindelijke versie van Plato—het Flight Model—zal met 26 camera’s aan boord de ruimte in gaan. Om het strakke schema aan te houden richting de lancering in 2026, wordt het testen van elke individuele camera verdeeld over Groningen (SRON), Parijs (IAS) en Madrid (INTA). SRON ontvangt de eerste van acht vluchtcamera’s in de herfst van dit jaar. Het testen van alle acht zal tot eind 2023 in beslag nemen.

Het raamwerk dat de 26 camera’s op zijn plek moet houden ondergaat nu een test van een maand bij ESA. Het wordt “in de week” gelegd in een vacuümkamer om zijn houdbaarheid te testen onder ruimtecondities. De test omvat ook een ‘thermal cycling’ toets, waarbij de onderzoekers kijken hoe het raamwerk zich houdt bij de sterke temperatuurschommelingen die gepaard gaan met de overgang van zonlicht naar complete duisternis, en welke invloed die hebben op de operationele temperatuur van de camera’s.

Plato’s grot: Plato ondergaat een maand lang een houdbaarheidstest onder ruimtecondities. Credit: ESA.

First tests exoplanet hunter Plato in space conditions

Together with its partners, ESA is working on a new exoplanet hunter mission called Plato, to be launched in 2026. Astronomers expect to discover Earth-sized planets within the habitable zone because of Plato’s ability to spot smaller planets in larger orbits than current telescopes. SRON Netherlands Institute of Space Research contributes to the project by testing Plato’s cameras in a custom built space simulator. SRON researchers have finished testing the prototype—all features function as expected. The framework for the cameras is now undergoing a month-long vacuum soak at ESA to evaluate its endurance under space conditions.

Inspection of the space simulator. One of the goals is to verify to within one millionth part of a circle where the camera is looking at. Here the mechanism–or gimbal–that moves the camera is being inspected using a theodolite, an optical instrument that measures rotation angles. Because even the smallest dust particle can cause deviations, this is performed in a cleanroom. A video connection provides the link with the control room and an instrument specialist outside. Credit: SRON.

To simulate the extreme conditions of space, SRON scientists built a space simulator and tailored it to test Plato. It creates the environment found in space, with pressure close to vacuum and temperatures close to absolute zero, and also generates artificial starlight. A mechanism that still works under these extreme conditions moves the camera to allow testing the full field of view. The researchers can verify within one millionth part of a circle in which direction the camera is looking at.

Over a six week period, Plato’s prototype camera, called the Engineering Model, underwent an extensive test program to demonstrate the required performance and to make sure that this performance is not affected by cycling through all possible expected temperatures. ‘It turns out that all features of the Engineering Model function as expected,’ says Lorenza Ferrari, the project manager. ‘This is good news for Plato in general, and it is also shows that our space simulator works extremely well.’

Over the spring and summer, additional simulators in Paris and Madrid will reproduce the test results achieved at SRON on the same camera, thus providing the necessary cross-calibration between the three setups. The final version of the Plato satellite, called the Flight Model, will contain 26 cameras. To keep up with the schedule towards the launch in 2026, testing all of them will be divided among Groningen (SRON), Paris (IAS) and Madrid (INTA). SRON will receive the first of eight Flight cameras in the fall of this year. Testing all of them will take until the end of 2023.

The optical bench that will secure the 26 cameras in place is now undergoing a month-long soak in Europe’s largest thermal vacuum chamber at ESA to test its endurance under space conditions. Testing includes ‘thermal cycling’ to assess how the optic bench responds to the shifting of temperature between light and darkness, and ‘thermal balance’ to measure the operating temperature that it maintains in these conditions.