Met CoCreate de ruimte in
BIRA maakt meetinstrumenten voor ruimteonderzoek

Door Job van Haaften

Ontwerper Jeroen Maes van het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie (BIRA) vertelt geestdriftig over zijn projecten en over CoCreate Modeling. Hij werkt de mechanische onderdelen uit voor wetenschappers die metingen willen uitvoeren in de atmosfeer, zowel rond de aarde, als rond andere planeten. Zo leren we meer kennen over fenomenen als zonnewinden, ruimteplasma, het gat in de ozonlaag en de opwarming van de aarde.

Jeroen Maes met zijn nieuwe collega Sabrina Bonnewijn, zijn de mechanische ontwerpers-ingenieurs bij Engineering van BIRA.

Jeroen Maes vertelt: “Als meetinstrumenten op satellieten gebruikt worden, zijn er bijzonder strenge eisen. Er moet bijzonder licht materiaal gebruikt worden en de constructie moet bestand zijn tegen hevige vibraties. Denk maar aan de lancering van een raket. Bovendien kost het allemaal (raket, satelliet en lancering) heel veel geld, zodat we ons geen fouten kunnen veroorloven.” De belangrijkste ‘klant’ van BIRA voor de ruimtevaartinstrumenten is de Euro­pe­se Ruimtevaartorganisatie ESA.
De keuze van BIRA voor het ontwerpen en ontwikkelen viel op CoCreate. Maes: “Wij hebben voor CoCreate OneSpace Designer gekozen omdat wij in onze branche aan prototyping doen en hierdoor dikwijls ‘from scratch’ onze ontwerpen moeten opbouwen en/of verfijnen. Snelle aanpassingen of radicale ontwerpwijzigingen vragen een flexibel designpakket zonder gebonden te zijn aan een eerdere ontwerpstrategie. Het feit dat One­Space Modeling niet parametrisch werkt, is daarin een groot voordeel.”

De zon volgen

Maes: “Momenteel testen we een Suntracker, een instrument op aarde die de zon van zonsopgang tot zonsondergang volgt en het zonlicht naar een sterke FTIR-spectrometer stuurt. Met deze spectrometer worden de bestanddelen in de troposfeer en de stratosfeer opgemeten en vergeleken met de data gemeten door satellieten. Deze metingen kaderen vooral in het onderzoek naar de opwarming van de aarde. Door de gegevens op verschillende plaatsen op aarde te verzamelen, krijgen de wetenschappers een schat aan informatie. Het voordeel van deze meetstations op aarde is dat ze met een heel grote resolutie de atmosfeer kunnen analyseren. Dit in tegenstelling tot satellieten die minder nauwkeurig zijn, maar die dan weer wel het ganse aardoppervlak kunnen omspannen. Beide systemen vullen elkaar als het ware aan. Bij ons in Ukkel wordt zo’n FTIR-meetstation opgesteld en worden de metingen in België uitgevoerd. Be­langrijker zijn de meetcampagnes die uitgevoerd worden op La Réunion in de Indische Oceaan. Het meetnetwerk op het zuidelijke halfrond is matig uitgebouwd en om de opwarming van de aarde over het hele aardoppervlak goed te begrijpen, zijn zulke meetcampagnes dan ook erg belangrijk. Het is onze bedoeling een volledig geautomatiseerd meetstation continue te laten functioneren in een nieuw gebouwd observatorium op de Maido-berg in La Réunion.”

Ontworpen met CoCreate
BIRA is bijzonder trots op SOIR, een infraroodspectrometer met hoge resolutie voor interplanetair gebruik. Met een infraroodspectrometer worden chemische bindingen vastgesteld, ofwel welke moleculen en bindingen er in de atmosfeer zitten. Maes: “Er was al een instrument rond Mars dat met het 2D-pakket van ME10 ontworpen werd. Dat werd verder verfijnd met CoCreate Modeling voor een missie naar Venus. De hoge resolutie is het tienvoudige van wat andere landen kunnen bereiken op instrumenten van vergelijkbare omvang. Het instrument ontworpen met het 2D-pakket ME10 heet SPICAM en werd in 2003 gelanceerd aan boord van de ESA-sonde Mars Express en heeft sinds begin 2004 gegevens over de atmosfeer van Mars naar de aarde doorgestuurd. Door het succes van deze sonde besloot de ESA een gelijkaardige satelliet (Venus Express) naar Venus te sturen met aangepaste instrumenten. De bijdrage van het BIRA voor deze missie werd fors uitgebreid door de toevoeging van het krachtige SOIR aan het instrument SPICAM. Dit 2-in-1 instrument heet SPICAV. In het SOIR-instrument werden enkele revolutionaire technologieën geïncorporeerd waardoor er een bijzonder flexibel en voor zijn grootte krachtig instrument ontstond. Er bestaan krachtigere instrumenten, maar dat zijn zware kolossen die enkel aan boord van heel zware satellieten in een baan rond de aarde gebracht kunnen worden en niet geschikt zijn voor interplanetaire reizen. Met de 3D-Modeling werden de optica, de elektronica, de detector en de overige kernonderdelen samengevoegd in een specifiek ontworpen mechanische structuur die het mogelijk maakt te functioneren en te overleven in de ruimte. Het 3D modeling-pakket heeft er vooral toe bijgedragen dat het instrument in een recordtijd ontworpen is. Met de SOIR hopen we ook bij te dragen aan het meten of er leven is of was op Mars. Het BIRA probeert heel hard om SOIR op één van de komende missies van ESA of NASA naar Mars te plaatsten, omdat SOIR in staat is door zijn hoge resolutie methaan in de atmosfeer van Mars te detecteren en in kaart te brengen. De ontdekking van methaan in de atmosfeer van Mars in 2003 bewijst dat Mars ofwel geologisch ofwel biologisch ‘leeft’. Verder onderzoek moet uitmaken welke van de twee (of beide) de oorzaak is van deze aanwezigheid in de atmosfeer van Mars. SOIR kan hierin een belangrijke bijdrage leveren.”

Veiliger naar de maan reizen
Een ander project is EPT (Energetic Particle Telescope). Het zeer kleine en flexibele meetinstrument moet aan boord gaan bij heel veel satellieten. Maes: “Hiermee wordt in het ruimteplasma de straling rond de aarde gemeten. Doordat deze satellieten in verschillende zones vliegen, kan er op termijn zo een kaart gemaakt worden van de stralingsgordels rond de aarde. De Amerikanen zijn van plan om opnieuw naar de maan te gaan. Bij de eerste keer hebben de astronauten een grote dosis straling gekregen. Met de resultaten van het onderzoek gaan ze op zoek naar plaatsen met de minste straling.”

Het BIRA maakt onder meer ruimtevaartinstrumenten voor de Europese Ruimtevaartorganisatie ESA.

Prototypes
Jeroen Maes is heel tevreden over zijn 3D-pakket: “Wij maken echt prototypes, totaal nieuwe instrumenten, dus niet op basis van voorgangers waarbij alleen wat parameters worden gewijzigd. Ieder stuk is uniek. Zeventig procent van mijn tijd ben ik aan de slag met het pakket en ik heb er nog geen seconde spijt van gehad, de opleiding bij SAVACO was ook bijzonder aangenaam. We blijven vooruitgang boeken, vorig jaar is er nog een tweede ontwerper bijgekomen en via SAT kunnen we de 3D-ontwerpen nu ook bezorgen aan het CAM-pakket.”

www.aeronomie.be
www.savaco.be