We raken in een hogere versnelling in ons MAJIS-labo. Een team van wetenschappers en ingenieurs van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie werkt al enige tijd aan de ontwikkeling van een karakteriseringsfaciliteit voor één van de twee detectoren van een ruimte-instrument, MAJIS genaamd, dat in 2022 aan boord van de JUICE-ruimtesonde naar het systeem van de Jupiter zal worden gelanceerd.
MAJIS is een Frans instrument onder de wetenschappelijke en technische verantwoordelijkheid van het "Institut d'Astrophysique Spatiale" (IAS, Orsay), onder toezicht van het "Centre National d'Etudes Spatiales" (CNES) en het Italiaanse ruimtevaartagentschap (ASI), met Belgische bijdragen van het BIRA en KSB (Koninklijke Sterrenwacht van België), ondersteund door BELSPO en PRODEX Office (ESA). Dit werkpakket komt overeen met de volledige karakterisering van de VIS-NIR-detector (voor zichtbaar en bijna-infrarood licht). Onlangs werd het vluchtmodel van de detector geïntegreerd in een thermisch-vacuümkamer, en de teams zijn begonnen met de karakteriseringscampagne van de detector die zal duren tot begin september.
De JUICE-missie
Jupiter is een uiterst interessant sudieonderwerp, want het is de grootste gasreus van het zonnestelsel, een type planeet waarvan we reeds velen rond andere sterren hebben gevonden. Jupiter heeft veel manen, waarvan de vier grootste al eeuwen geleden door Galileo zijn ontdekt: Io, Europa, Ganymedes en Callisto. De laatste drie zijn ijsmanen, waarvan we vermoeden dat ze oceanen onder hun oppervlak bevatten, en mogelijk tekenen van leven. De JUpiter ICy manen Explorer (JUICE) zal er ongeveer acht jaar over doen om de gasreus te bereiken en zal Jupiter, Europa, Ganymedes en Callisto gedurende nog eens drie en een half jaar nauwkeurig bestuderen. De gegevens die JUICE naar ons zal terugsturen zullen ons in staat stellen om te onderzoeken hoe gasreuzen en hun systemen van manen ontstaan, om de samenstelling van de ijsmanen beter te begrijpen en ook hoe deze potentieel bewoonbare werelden gevormd zijn, niet alleen in ons zonnestelsel, maar ook in andere sterrenstelsels.
Het MAJIS-instrument
De Moons And Jupiter Imaging Spectrometer (MAJIS) is een hyperspectrale (het meten van vele smalle banden in het elektromagnetisch spectrum) beeldvormingsspectrometer (haalt informatie uit inkomend licht). Het is ontworpen om de atmosfeer van Jupiter en zijn troposferische wolken te observeren, en om de soorten ijs, organische stoffen en mineralen op de oppervlakken van Jupiters ijsmanen te bestuderen, evenals hun exosferen. MAJIS bezit twee kanalen, VIS-NIR (zichtbaar en bijna-infrarood) en IR (infrarood) waarmee het de zichtbare en infrarode golflengten van 0,5 tot 5,54 micron bestrijkt, met een spectrale resolutie van 3,66 - 6,51 nm.
Wat is een karakteriseringscampagne en waarom is die nodig?
Stel je voor: je wil de planeet Jupiter bestuderen, maar je kunt er zelf niet heen om vele voor de hand liggende redenen. Je hebt dus een ruimtesonde nodig die tot daar kan geraken, en die alle informatie die je wilt weten kan terugsturen. Je rust het uit met verschillende gevoelige instrumenten, zoals een spectrometer, die verschillende kenmerken van Jupiter en zijn manen kan meten vanuit zijn baan in de ruimte. Maar als je eenmaal de informatie van je ruimtesonde hebt ontvangen, hoe kun je er dan zeker van zijn dat die informatie correct is? Er zijn geen andere ruimtesondes om de ontvangen gegevens te valideren. Er kan iets misgegaan zijn met de instrumenten tijdens delancering, of tijdens de lange, koude reis door de ruimte, of ze kunnen beïnvloed worden door andere instrumenten aan boord, door straling van de zon en nog veel andere dingen.
Hier spelen de tests en karakterisering een cruciale rol in het succes van je ruimtemissie. Alle apparatuur moet worden getest op schokken, trillingen, extreme temperaturen, enz. om er zeker van te zijn dat het niet breekt. Maar jouw instrumenten, en in het bijzonder de detectoren, moeten ook radiometrisch worden gekarakteriseerd. Dit betekent dat je moet uitzoeken of de gegevens die jouw instrumenten terugsturen overeenkomen met de werkelijkheid, of dat het gewoon ruis is. Je moet ook weten hoe ze zich gedragen in bepaalde extreme omstandigheden die ze in de ruimte zullen aantreffen. Hou daarbij rekening met het feit dat een reis naar Jupiter tot 8 jaar kan duren! Stel je voor dat je pas na al die tijd te weten komt dat er iets niet juist is met jouw instrumenten, en dat je opnieuw moet beginnen (als je zelfs maar de tijd en het geld hebt). Het volledig karakteriseren van je instrumenten in een strak gecontroleerde omgeving is een onmisbare stap, want als de ruimtesonde eenmaal gelanceerd is, is er weinig dat je nog kan doen om eventuele problemen op te lossen.
Geen "one size fits all"
Elk instrument is anders, omdat het specifiek voor een missie wordt gemaakt. Ontwerpen van eerdere instrumenten worden meestal wel verder uitgewerkt en verbeterd, maar het resultaat is een apparaat dat zich heel anders zal gedragen en dus een eigen karakteriseringsproces nodig heeft. Het ontwikkelen en valideren van dit proces en de karakterisatiebank voor de MAJIS VIS-NIR-detector is wat het team van het BIRA heeft gedaan, onder toezicht van het Franse instituut IAS, met Dr. F. Poulet en Dr. Y. Langevin, respectievelijk huidige en voormalige principal investigator van dit project. Sinds vorige week zijn twee teams van IAS naar ons Instituut gekomen om samen te werken: ten eerste aan de integratie van de detector in de vacuümkamer, en ten tweede om toezicht te houden op de karakteriseringscampagne die door het BIRA-team werd ontwikkeld (hoofdaannemer voor de VIS-NIR-installaties - verantwoordelijke: Dr. D. Bolsée).
De BIRA- en IAS-teams zetten de campagne nu voort. Deze zal in twee delen plaatsvinden en zal tot begin september duren. Het tweede deel zal bestaan uit het herhalen van enkele metingen zodra de detector is uitgerust met een speciale filter, die tijdens de missie zelf zal worden gebruikt.
Aanloop naar de lancering van de missie
Over enkele maanden wordt de MAJIS VIS-NIR-detector naar Italië verscheept, waar hij in het MAJIS-ruimte-instrument zal worden geïntegreerd. Het is de bedoeling dat MAJIS in 2021 in de JUICE-ruimtesonde wordt geïntegreerd, volgens de planning voor een lancering in juni 2022.
Bron: BIRA
