Nieke Roos
23 June 2010

Een Belgisch consortium onder leiding van OIP uit Oudenaarde ontwikkelt een nieuwe spiegeltelescoop om de aardse vegetatie in kaart te brengen vanuit de ruimte. Het instrument moet over twee jaar aan boord van de Proba-V-satelliet rondjes draaien om onze planeet.

De Spot-5 nadert zijn houdbaarheidsdatum. De Franse satelliet die ons onlangs nog de beelden schonk van de aswolk en de olievlek in de Golf van Mexico draait hoogstwaarschijnlijk in 2012 zijn laatste rondje om de aarde. High-res-opvolger Pleiades gaat pas twee jaar later de ruimte in. Om ook in de tussentijd zicht te kunnen houden op de aardse vegetatie hebben het Belgian Science Policy Office (Belspo) en de Europese ruimtevaartorganisatie Esa besloten een camera te ontwikkelen die het stokje direct overneemt als de Spot-5 in 2012 aan het eind van zijn leven is.

’De opdracht was om een instrument te bouwen dat minstens dezelfde hoeveelheid data levert en tegelijkertijd klein, licht en zuinig genoeg is om mee te kunnen liften op een Proba-minisatelliet‘, verklaart systeemengineer Jorg Versluys van projectleider OIP Sensor Systems uit Oudenaarde. ’De vegetatiecamera aan boord van de Spot-5 is een kubieke meter groot, weegt honderdvijftig kilo en verbruikt zo‘n honderdvijftig watt. Omdat het Proba-platform veel beperkter is, mag het nieuwe instrument hooguit tachtig bij zestig bij twintig centimeter groot en zo‘n dertig kilo zwaar zijn en een vermogen hebben van ongeveer veertig watt.‘

Vier banden

Dat betekende miniaturisatie op alle vlakken, zegt Versluys, waarbij vooral de optiek een uitdaging vormde. ’De Spot-5 heeft een groot en zwaar lenzensysteem om het invallende licht op de detectoren te krijgen. Wij hebben dat vervangen door drie compacte spiegeltelescopen, die perfect uitgelijnd naast elkaar op een lichtgewicht aluminium basisplaat staan. Met een beeldveld van 34,6 graden elk en oriëntaties van -34, 0 en 34 graden ontstaat een totale kijkhoek van 102,6 graden. Op 820 kilometer hoogte geeft dit een 2250 kilometer brede blik op de aarde. Het volledige oppervlak dekken we in een volledige dag.‘

Recht naar beneden haalt OIP (Optical Instruments and Products) een resolutie van honderd meter in het vierkant per pixel, aan de randen driehonderd. Ter vergelijking: bij de vegetatiecamera van de Spot-5 komt een beeldpunt overeen met duizend meter in het vierkant. Behalve kleiner, lichter en zuiniger is het Oudenaardse instrument dus ook nog eens nauwkeuriger doordat het het aardoppervlak met meer pixels in kaart brengt. ’Dat we een hogere performantie bereiken, is niet zo gek‘, vindt Versluys. ’Aangezien de Spot-5 is gelanceerd in 1998, is de technologie aan boord al ruim vijftien jaar oud.‘

OIP_vegetatiecamera
Bij Esa‘s European Space Research and Technology Centre (Estec) in Noordwijk is een testversie van de nieuwe vegetatiecamera onlangs onderworpen aan de luchtledigheid en temperatuur zoals die heersen in de ruimte.

Elk Three Mirror Anastigmatic-telescoopje in het nieuwe systeem bevat drie gekromde aluminium spiegels, die zo zijn geplaatst ten opzichte van elkaar dat ze het binnenkomende licht steeds verder focusseren. Uiteindelijk valt het op twee detectoren: een Vnir-sensor (visible and near-infrared) voor de golflengtes tussen vierhonderd en veertienhonderd nanometer en een Swir-sensor (short-wave infrared) voor het gebied van veertienhonderd tot achttienhonderd nanometer. De eerste registreert blauw, rood en bijna infrarood licht, de tweede het meest nabije infrarood.

’Met deze vier banden is het mogelijk om de belangrijkste onderscheiden te maken op het gebied van aardvegetatie‘, legt Versluys uit. ’We kunnen bijvoorbeeld het verschil zien tussen goede en slechte grond en tussen naaldwouden en loofbossen, en we kunnen woestijnvorming waarnemen. Fysisch is het overigens quasi-onmogelijk om één sensor te maken die het hele golflengtebereik van vierhonderd tot achttienhonderd nanometer dekt. Daarom hebben we er twee.‘

Speciaal ontwikkelde elektronica leest de detectoren uit, synchroniseert de gegevens en stuurt ze naar een centrale verwerkingseenheid. Deze comprimeert de enorme datastromen alvorens ze over te geven aan het besturingssysteem van de kunstmaan. Op gezette tijden, wanneer hij over een grondstation vliegt, legt de satelliet contact met de aarde en pompt hij de gegevens over.

Hulp

De ontwikkeling startte begin vorig jaar. ’Van tevoren hebben we een studie gedaan of de requirements haalbaar waren en de specificaties duidelijk‘, vertelt Versluys. ’Vervolgens hebben we een voorontwerp gemaakt waarin we de grote criticaliteiten hebben vastgelegd. Het stadium van het finale design hebben we net afgerond. De ontwerptekeningen liggen op tafel en in principe kunnen we morgen beginnen met de fabricage van de flight-componenten. Dan volgen nog de assemblage en de kalibratie.‘ Halverwege 2012 moet de nieuwe vegetatiecamera in een baan om de aarde draaien aan boord van de Proba-V-satelliet.

Bij dit traject krijgt OIP hulp van het Luikse Amos, dat de fabricage en de uitlijning van de spiegels en de hele telescoop verzorgt. De Swir-detector komt uit de koker van het Leuvense Xenics, de Vnir-sensor en de dataverwerkingseenheid van de plank bij het Britse E2V respectievelijk DSI uit Hamburg. Thales Alenia Space uit Charleroi levert de voeding voor het instrument. De Oudenaarders zelf nemen de uitleeselektronica en de integratie voor hun rekening. De kalibratie is in handen van CSL uit Luik. Het Kruibeekse Qinetic Space, het voormalige ruimtevaartonderdeel van Verhaert, zet de vegetatiecamera ten slotte op zijn Proba-platform.