Maximale controle over licht

Alinda Wolthuis

Nederlandse expertise speelt een sleutelrol bij het beter in kaart brengen van de aardatmosfeer.

TNO legt momenteel de laatste hand aan de uitlijning van de optische module met zogenaamde vrijevormspiegels voor het Tropospheric Monitoring Instrument (Tropomi). Hoofdaannemer van Tropomi is Dutch Space, eindbestemming is een satelliet die begin 2016 de ruimte in gaat. ‘Tropomi levert een veel beter inzicht in de wereldwijde luchtvervuiling en klimaatveranderingen op’, zegt Henri Werij, directeur space & scientific instrumentation bij TNO.

Het verhaal van Tropomi begint meer dan tien jaar geleden, als TNO besluit in te zoomen op vrijevormoptiek. ‘Onze Delftse afdelingen houden zich onder andere bezig met optica en optomechatronica voor de ruimtevaart’, vertelt Werij. ‘We ontwerpen en maken daarvoor speciale spiegels en lenzen. Daarin willen we voorop lopen, met ontwikkelingen die uiteindelijk hun toepassing vinden in de industrie.’

Voorop lopen betekende een keuze voor vrijevormoptiek. Werij: ‘Conventionele optische oppervlakken geven teveel vertekening en daardoor onscherpe beelden. Bovendien is het lastig de vereiste kijk­hoeken te realiseren. Je kunt deze tekortkomingen opheffen door een serie van spiegels en lenzen toe te passen. Maar het is natuurlijk veel mooier, want lichter, compacter en beter, om een optisch element te hebben dat exact met het licht doet wat je wilt.’

Dat kan bijvoorbeeld betekenen dat een lens de vorm van een banaan of paardenzadel moet hebben. ‘Wij willen lenzen en spiegels zó kunnen slijpen, dat we maximale controle over het licht hebben in iedere situatie’, vertelt Werij. ‘Dat is bijvoorbeeld essentieel om met een satelliet nauwkeurig de luchtvervuiling op aarde in kaart te kunnen brengen. Dan moet je optiek hebben waarmee je ontzettend nauwkeurig in een heel grote hoek kunt kijken.’

Zulke optiek stelt hoge eisen. ‘Allereerst moet je de exacte eisen aan je ontwerp vaststellen. Vervolgens moet je de optiek in software modelleren en op een diamantdraaibank kunnen slijpen en polijsten. Om de vereiste nauwkeurigheid van de vrije vorm te bereiken, moet je tot slot heel nauwkeurig kunnen meten wat je gemaakt hebt, zodat je product in een aantal correctiestappen de gewenste vorm krijgt.’

TNO paste bestaande modellerings­software voor vrijevormoptiek aan, zodat die de spiegels kon ontwerpen die TNO nu maakt voor Tropomi. ‘Daarnaast hebben we geïnvesteerd in een diamantdraaibank om de gewenste vormen te kunnen slijpen en het resultaat te polijsten’, licht Werij toe. ‘Samen met de TU Eindhoven en VSL hebben we bovendien de Nanomefos ontwikkeld, een meetinstrument waarmee we vrije vormen tot op twintig miljoenste millimeter nauwkeurig kunnen opmeten. Dat geeft ons de juiste informatie om lenzen en spiegels steeds preciezer te kunnen slijpen. Dat kan zonder gebruik te maken van referentie-oppervlakten, snel en contactloos en voor elke denkbare vrije vorm.’

Deze expertise vindt nu toepassing in de opdracht van het Netherlands Space Office om een telescoop en spectrometer voor Tropomi te ontwikkelen. Tropomi zal, vanaf een ESA-satelliet, vanuit de ruimte in kaart brengen hoe het met onze aard­atmosfeer gesteld is, zegt Werij. ‘Tropomi is in staat om op dagelijkse basis te rapporteren wat de concentraties zijn van ozon, NO2, SO2, CO en fijnstof, per gebied van 7 x 7 km. Dat betekent een grote stap voorwaarts bij het achterhalen van de bronnen van vervuiling en het vergroten van het maatschappelijk bewustzijn, zodat de juiste maatregelen genomen kunnen tegen vervuiling en klimaatverandering. En dat is hard nodig, want de risico’s zijn groter dan we vaak denken.’ TNO levert de telescoop en spectrometer in mei, waarna Dutch Space ze zal integreren met overige onderdelen van Tropomi.

Tropomi bouwt voort op de spectrometers SCIAMACHY en OMI die TNO samen met onder meer Dutch Space ontwikkelde voor respectievelijk de ESA-satelliet Envisat en de NASA-satelliet EOS-Aura. ‘Nederland loopt voorop als het gaat om aardobservatie, zowel in de ontwikkeling van technologie als in de toepassing’, besluit Werij. ‘Tropomi is een exponent van onze heritage op dit gebied. Naast TNO zijn Dutch Space, SRON en het KNMI daar groot in. Onze expertise wordt internationaal ook erkend: nu al zijn we met een vervolgopdracht bezig voor een buitenlandse partij. Daar mogen we, ook als land, best trots op zijn.’

Lees ook

Nieuws brief
* indicates required