Skip to main content

Een gecombineerde sensor voor het elektrisch en magnetisch veld

Research Topic Chapter
News flash intro
In het kader van ESA's Comet Interceptor-missie, met als doel een scheervlucht langs een komeet, heeft het BIRA een gecombineerde sensor ontworpen en gebouwd voor meting van het elektrisch en magnetisch veld in de komeetomgeving. Het combineren van deze twee soorten instrumenten vereiste speciale maatregelen om te vermijden dat beide sensoren met elkaar zouden interfereren. Bovendien moest – typisch voor ruimtetoepassingen – het gecombineerde instrument een lichtgewicht zijn. Dit stelde onze ingenieurs voor een uitdagend mechanisch ontwerpprobleem ... maar de klus werd met succes geklaard!
Body text

De Comet Interceptor missie

De Comet Interceptor-missie van de Europese Ruimtevaartorganisatie ESA wil een scheervlucht uitvoeren langs een komeet. De satelliet is relatief klein, maar zit boordevol instrumenten.

Om te voorkomen dat de nuttige last te complex en te zwaar wordt, hebben de instrumententeams voor de FGM-magnetometer (U. Auster, Technische Universiteit Braunschweig, Duitsland) en de COMPLIMENT elektrische veldsondes (P. Henri, LPC2E, Orléans, Frankrijk; N. Edberg, IRF, Uppsala, Zweden; J. Peterson, IRF, Kiruna, Zweden; J. De Keyser, BIRA, Brussel, België) voorgesteld om beide instrumenten in een enkele sensor te combineren.

De COMPLIMENT sondes en de gecombineerde sensor

De COMPLIMENT-sensor meet het elektrisch veld. Het bestaat uit twee aluminium bollen met een diameter van 8 cm, elk gemonteerd op een mast die de bollen op ongeveer 1 m van het ruimtevaartuig plaatst om storingen door het ruimtevaartuig zelf te voorkomen. Omdat ze worden blootgesteld aan de vrije ruimte, gedragen deze bollen zich als een elektrisch contact met de ruimteomgeving omdat geladen deeltjes uit de ruimte met de bol kunnen botsen.

Door te spelen met hun elektrische potentiaal en de bijhorende stroom te meten, kunnen de belangrijkste kenmerken van de plasma-omgeving worden bepaald. Eén van de twee bollen is omgebouwd tot een gecombineerde sensor.

Een ontwerpuitdaging

Onze ingenieurs werden geconfronteerd met het volgende probleem: hoe kunnen we de magnetometer in de bolvormige sonde inbedden, terwijl we die magnetometer inpakken in een elektrisch geleidende "zak" die de elektrische sonde afschermt tegen de elektrische storingen die noodzakelijkerwijs voortvloeien uit de werking van de magnetometer? Dit alles moest bovendien licht van gewicht zijn, maar toch sterk genoeg om de trillingen tijdens de lancering te weerstaan.

De ingenieurs van het BIRA toetsten hun ontwerp af met de verschillende betrokken teams en kwamen met een mooi plan. De "zak" is gemaakt van een dunne folie en wordt op zijn plaats gehouden door een zacht polyurethaan raamwerk, netjes halverwege tussen de magnetometer en de sferische sonde - de ideale configuratie vanuit elektrisch oogpunt.

Nadat alle componenten in de industrie besteld waren, werden de bollen en de folie voorbereid in de werkplaats van het BIRA en daarna naar Duitsland verscheept voor integratie met de magnetometer en de mast.

Succes

Of het ontwerp aan alle vereisten voldeed, moest de praktijk uitwijzen. Het hele team was in de wolken met de uitkomst van de vibratietests die de mechanische belasting tijdens de lancering nabootsen: de sonde overleefde de tests en de dunne folie leek mooi op zijn plaats te zijn gebleven. De haalbaarheid van het gecombineerde sensorconcept is daarmee aangetoond. Verdere elektrische en magnetische karakterisering van de gecombineerde sensor is nu aan de gang.

FGM COMPLIMENT Vibration Tests
Het prototype van de gecombineerde FGM-COMPLIMENT sensor gemonteerd op de top van de openvouwbare mast gedurende de trillingstests. (Video) (Credit: TU Braunschweig).

Perspectieven

De volgende stap is het bouwen van de instrumentprototypes en het uiteindelijke instrument volgens het door ESA opgelegde schema.

 

Wil je er meer over weten?

Snodgrass, C., and Jones, G.H. (2019). The European Space Agency’s Comet Interceptor lies in wait. Nature Communications, 10, A5418. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13470-1 Open Access Logo

Figure 2 body text
Figure 2 caption (legend)
Een prototype van de gecombineerde FGM-COMPLIMENT sensor tijdens integratie. De figuur toont hoe de magnetometer wordt ingepakt in een dunne folie ter voorkoming van interferentie. (Credit: BIRA)