Optiken für Sentinel-5
Referenzprojekt
Atmosphärische Messungen hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung aus niedriger Erdumlaufbahn
Zur Analyse atmosphärischer Komponenten wie O3, NO2, SO2, etc. initiierte die ESA zusammen mit der Europäischen Union das Projekt Sentinel-5. Zentraler Bestandteil der Mission des Spektrometer-Systems, welches ab 2022 auf der MetOp-SG A Sonde zum Einsatz kommen soll, ist die Überwachung von Spurengaskonzentrationen. asphericon fertigte widerstandsfähige Optiken für eines der Subsysteme von Sentinel-5. Diese weisen, dank der unternehmenseigenen High-End-Finishing Technologie, beste Oberflächenspezifikationen auf und erfüllen durch präzise Zuschnitte in rechteckige Formen alle erforderlichen Anforderungen an Platz und Gewicht.
Projektdetails
Für die Erforschung von Luftverschmutzung, globaler Erwärmung oder Wettervorhersagen spielt vor allem die Analyse atmosphärischer Komponenten eine wichtige Rolle. Um hierfür Messdaten zu sammeln, wurde im Rahmen des Copernicus-Programms der ESA und der Europäischen Union das Projekt Sentinel-5 ins Leben gerufen. Zentraler Bestandteil der Mission ist die Überwachung von Spurengaskonzentrationen für Untersuchungen zur chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre und Klimaanwendungen. Sentinel-5 ist ein Instrument auf der MetOp-SG A Sonde und besteht - neben anderen Komponenten - aus einem hochauflösenden Spektrometer-System mit fünf Spektrometern für einen breiten Anwendungsbereich (ultraviolett bis kurzwelliges Infrarot). Dank ihrer großen Ausdehnung wird die Sonde die Erde täglich vollständig erfassen können. Level-2-Produkte (wie O3, NO2, SO2, etc.) werden nahezu in Echtzeit verfügbar sein (innerhalb von 2h 45’ nach der Messung). Im Hinblick auf den begrenzten Platzbedarf war die Entwicklung eines kompakten und leichten Designs der Kollimatorlinsen des Systems erforderlich. Außerdem war ein Minimum an Unregelmäßigkeiten und Rauheit der Linsenoberflächen besonders wichtig - für beste Abbildungseigenschaften unter extremen Bedingungen.
Projektrealisierung
asphericon wurde damit beauftragt, ultrapräzise optische Komponenten für eines der SWIR-Subsysteme der Sentinel-5 Sonde zu entwickeln. Zu den Linsen gehören sowohl rotationssymmetrische Sphären als auch komplexe Zylinder. Alle optischen Komponenten bestehen aus widerstandsfähigen Materialien (Quarzglas, Silizium und Zinksulfid). Die geometrischen Formen mit Durchmessern zwischen 87,7 mm und 129,4 mm weisen verschiedene Kombinationen auf (konkav/konkav, konvex/konkav, konvex/konvex). Aufgrund der Gewichtsanforderungen (möglichst gering) wurden die Linsen mit hoher Präzision in rechteckige Formen geschnitten. In Kombination mit High-End-Finishing-Prozessen konnte asphericon Unregelmäßigkeiten von ≤ 1fr realisieren und damit die hohen Kundenanforderungen erfüllen. Durch den Einsatz der hauseigenen Ångström-Politur konnten kurzwellige Raumfrequenzen minimiert und geringste Oberflächenrauheiten (≤ 1 nm) erreicht werden.
Parameter
Abb.1 MetOp-SG A Satellite | © esa
- Bereitstellung eines synergetischen, ergänzenden Datensatzes zwischen 2022 und 2043 geplant
- Geplante Lebensdauer: 7,5 Jahre
- 7 verschiedene Spektralbänder: UV-1 (270-310 nm), UV-2/VIS (300-500 nm), NIR-1 (685-710 nm), NIR-2a (745-755 nm), NIR-2b (755-773 nm), SWIR-1 (1590-1675 nm), SWIR-3 (2305-2385 nm)
- Erzeugtes Datenvolumen: 139 Gbits pro vollem Orbit
Abb. 2 Sentinel-5 Beobachtungsgeometrie | © esa
Ziele
- Globale Überwachung der wichtigsten Spurengase und Aerosole sowie der Wechselwirkungen zwischen Zusammensetzung und Klima
- Wichtigste Daten: O3, NO2, SO2, HCHO, CHOCHO, CH4, CO, Aerosol- und Wolkeneigenschaften
Optiken für Sentinel-5 auf einen Blick:
- Herstellung rotationssymmetrischer Sphären und komplexer Zylinderoptiken aus widerstandsfähigen Materialien (Quarzglas, Silizium und Zinksulfid)
- Linsenspezifikationen: Durchmesser 87,7 - 129,4 mm, konkav/konkav, konvex/konkav sowie konvex/konvex, Unregelmäßigkeiten von ≤ 1fr und geringste Oberflächenrauheiten ≤ 1 nm
- Zuschnitt der Optiken in rechteckige Formen zur Reduzierung des benötigten Platzes und Gewichtes
Haftungsausschluss: Der Auftrag wurde im Rahmen eines Programms der Europäischen Weltraumorganisation durchgeführt und von dieser finanziert. Die hier zum Ausdruck gebrachte Meinung kann in keiner Weise als die offizielle Meinung der Europäischen Weltraumorganisation angesehen werden.
