Video:Silicium pore optik stakke

ESA gør ikke rutine. Ingen steder er dette mere sandt end for videnskab, hvor målet for hver ny mission er at observere universet på nye måder. Nye teknologier er nødvendige for at gøre sådanne missioner mulige, mange år i forvejen. ESA's direktorat for teknisk og kvalitetsstyring har til opgave at forudse sådanne behov, at gøre den rigtige teknologi tilgængelig på det rigtige tidspunkt, og løse eventuelle tekniske problemer, der opstår under udviklingen.

Det videnskabelige behov var klart for et mere dygtigt røntgenobservatorium til at sondere 10 til 100 gange dybere ind i kosmos, at observere det allervarmeste, højenergiske himmellegemer. ESA valgte at udvikle Athena-missionen, til lancering i 2028. Men missionen krævede en helt ny røntgenoptikteknologi.

Energiske røntgenstråler opfører sig ikke som typiske lysbølger; de kan ikke reflekteres i et standardspejl. I stedet kan de kun reflekteres i lave vinkler, som sten, der skummer langs vandet. Så flere spejle skal stables sammen:ESA's 1999-lancerede XMM-Newton har 174 guldbelagte nikkelspejle indlejret i hinanden. Athena har dog brug for titusindvis af tætpakkede spejlplader – den gamle teknologi var på sin grænse, og der skulle findes en meget lettere løsning.

Resultatet var 'siliciumporeoptik' – en teknologi, der bogstaveligt talt er udviklet her hos ESTEC, med ESA, der deler patentet med grundlæggeren af ​​Cosine Research, virksomheden, der i øjeblikket udvikler det. Ideen er at stable industrielle siliciumwafers, bruges normalt til fremstilling af halvledere.

Disse wafers har allerede den nødvendige stivhed, lav masse og superpolerede overflader – der har praktisk talt atomskala fladhed – og binder faktisk let, når de placeres sammen. Nøglepunktet er, at halvlederindustrien allerede har gjort disse wafere tilgængelige til en latterlig lav pris, mens vi mestrer det maskineri og de processer, vi har brug for. Så vi rider virkelig på en eksisterende bølge af jordbaseret F&U.

Mange potentielle problemer er allerede blevet løst inden for ESA's teknologiudviklingsaktiviteter. Vores wafers har riller skåret ind i dem, efterlader stivnede ribben, at danne de 'porer', som røntgenstrålerne passerer langs. Efter at være blevet belagt med reflekterende metal er de klar til stabling. Denne ribning udføres ved at tilpasse det udstyr, der normalt bruges til at skære wafers i terninger i individuelle chips, bortset fra at vi ikke skærer helt igennem siliciumet.

Stablingen er den mest innovative del af fremstillingsprocessen, hvor det meste af vores investering er gået hen – at bruge en robotarm i et renrumsmiljø for at undgå støvforurening, målrettet tusindedel af en millimeter skala præcision. De ribbede vafler skal presses sammen med lige kraft nok til at få dem til at binde uden at gå i stykker. Deres justering kontrolleres umiddelbart derefter ved hjælp af et optisk målesystem. Stablerne skal følge en let krumning, tilspidsning mod det ønskede punkt. Disse stakke limes derefter ind i moduler ved hjælp af standard pladskvalificeret klæbemiddel. Vi tester derefter disse moduler inden for røntgensynkrotronfaciliteter.

Teknologien er ikke helt kvalificeret til rummet endnu - den skal stadig bestå stødtest blandt andre miljøtests, og vi er nødt til at vise, at modulerne kan co-alignes til den præcision, som Athena har brug for – men det er missionens baseline.

Siliciumporeoptik begyndte gennem et indledende TRP-projekt, hvor vi undersøgte dens grundlæggende gennemførlighed. R&D blev derefter støttet gennem Sciences eget Core Technology Program, med fortsat TEC-engagement. Mens lanceringen er 12 år væk, vi skal levere det komplette flyspejl tre til fire år tidligere, for at give mulighed for test og integration, og vi har hundredvis af moduler – og resterende tekniske udfordringer – stadig tilbage.