SRON heeft drie zogeheten verzonken tralies opgeleverd voor de infraroodspectrometer die het Italiaanse bedrijf Leonardo maakt voor de Europese satellietmissie Sentinel-5. De verzonken tralies zijn gemaakt om kortgolvig infraroodlicht te breken en splitsen binnen een compacte spectrometer, die vanuit de ruimte gassen in de aardatmosfeer gaat meten.

De spectrometer Sentinel-5/UVNS ziet ozon, stikstofdioxide, zwaveldioxide, formaldehyde, koolmonoxide en methaan omdat deze gassen licht absorberen op verschillende, specifieke golflengtes. Ze krijgen daarom karakteristieke absorptielijnen in hun spectrum, waarmee ze een soort streepjescode achterlaten in het licht dat de spectrometer opvangt. Sommige van deze stoffen absorberen kortgolvig infrarood licht. Daarom krijgt Sentinel-5/UVNS onder meer kanalen die daar speciaal op zijn afgestemd.

Nederlandse tralie onthult streepjescode

Het bedrijf Leonardo maakt voor die kanalen de short-wave infrared (SWIR) spectrometer. Om de absorptielijnen te onthullen, moet het kortgolvig infraroodlicht op een tralie vallen, zodat het in verschillende kleurnuances uiteenwaaiert. In een verzonken tralie zit de tralie vast op een silicium prisma, zodat het licht breekt met een scherpere knik en dus minder afstand nodig heeft om breed genoeg uit te waaieren.

De verzonken tralie is een technologische ontwikkeling van SRON en TNO. Het maken ervan vergt lithografische en optische expertise en een uitgebreid traject van verifiëren en testen. Eerst heeft een SRON-team, onder leiding van Luc Dubbeldam, het traliepatroon geëtst in een silicium wafer in de lithografische labs van Philips Innovation Services. Daarna hebben ze de wafer-met-tralie voorzichtig vastgedrukt op een silicium prisma uit Frankrijk.

‘Het moeilijkste was om die twee componenten precies goed uit te lijnen,’ zegt instrumentmaker Sander van Loon. ‘Dat bleek een geweldige fijnmechanische uitdaging, het moest precies loodrecht zitten. Als we het wafer iets meer dan een tiende graad zouden verdraaien, kon het prisma al direct in de glasbak.’

Het Nederlandse bedrijf VDL heeft het optisch-lithografische kunststukje vervolgens geplaatst in een door SRON ontworpen ruimtebestendige behuizing. Tenslotte doorstonden de verzonken tralies tests met lanceervibraties, extreme temperatuurverschillen en andere omstandigheden van ruimtemissies.

Onderdeel van een groter geheel

Naar verwachting gaat Leonardo’s eerste infraroodspectrometer in 2021 de ruimte in als onderdeel van de breedbandige spectrometer Sentinel-5/UVNS (Airbus Defence & Space Ottobrunn, Duitsland). Die bevat twee verzonken tralies: voor licht van ongeveer 1600 en 2300 nanometer.

Sentinel-5/UVNS vliegt mee op de MetOp-SG-A satelliet, die nog meer instrumenten aan boord heeft, en die samen met de satelliet MetOp-SG-B deel uitmaakt van een tweetal. Na 8,5 jaar en na 17 jaar wordt precies zo’n zelfde tweetal met dezelfde complementaire instrumenten nog een keer gelanceerd, voor een gegarandeerde datastroom voor aardwetenschappers. Dat betekent dat SRON in totaal 6 vluchtmodellen verzonken tralies aflevert plus nog 2 reserve vluchtmodellen, naast drie eerder opgeleverde demonstratiemodellen.

De missie Sentinel 5, om het instrument Sentinel 5 / UVNS op de MetopSG satelliet te laten vliegen, moet niet worden verward met de missie Sentinel-5p, om het (Nederlandse) instrument Tropomi op de satelliet Sentinel-5p te laten vliegen boven de aardatmosfeer. Sentinel-5p (precursor) werd gelanceerd in oktober 2017. Voor Tropomi werd de eerste generatie immersed grating ontworpen, die nog niet uit twee delen bestond.

Referenties:
Ralf Kohlhaas et. al.
Manufacturing and optical performance of silicon immersed gratings for Sentinel-5
ICSO 2018

Alessandro Boni (Leonardo)
Sentinel-5 short-wave infrared spectrometer optical design
SPIE 2018

—————————————————————————————————————————

—————————————————————————————————————————

SRON delivered three immersed gratings to Leonardo, an Italian company that makes the infrared spectrometer for the European satellite Sentinel-5. The immersed gratings refract and split up near-infrared radiation within a compact spectrometer, that will measure gases in Earth’s atmosphere from space.