Mischa Brendel
In opdracht van ruimtevaartÂorganisatie ESA hebben onderzoekers van de Universiteit Twente onder leiding van prof. Marcel ter Brake een koelsysteem voor optische ruimtedetectoren ontwikkeld, zonder bewegende delen. Op 15 maart vond bij ESA in Noordwijk een slotbijeenkomst plaats van het waterstofkoelerproject, waarbij duidelijk werd dat het systeem succesvol is getest.
Huidige koelsystemen werken met mechanische compressors die trillingen kunnen veroorzaken, wat schadelijk is voor de gevoelige meetapparatuur van ruimtetelescopen. Het UT-koelsysteem berust op een thermische compressor en werkt in dit geval met waterstof; het principe is echter ook bruikbaar voor andere gassen.
Het koelingsprincipe is volgens Ter Brake vergelijkbaar met dat van koelkasten, die koeling leveren door expansie van een gecomprimeerd gas, maar met het verschil dat dit systeem in verschillende trappen werkt en grotere temperatuurverschillen overbrugt.
In eerste instantie wordt veel van de warmte direct ‘weggestraald’ naar de ruimte zelf, wat al leidt tot een temperatuur van circa 50 K. Vervolgens is de temperatuur met waterstof als werkgas naar beneden te brengen tot 15 K. Een laatste temperatuurdaling tot 5 K wordt bewerkstelligd met helium. Deze extreem lage temperatuur is nodig om de instrumenten in het ver-infrarood te kunnen laten kijken.
De thermische compressoren zijn uitgerust met actieve kool. Ter Brake: ‘Ons principe werkt met cyclische adsorptie en desorptie. Actieve kool heeft een groot inwendig oppervlak, zodat het veel gas aan zich kan binden en weer af kan staan.’
In samenwerking met Dutch Space wordt het systeem nu verder geschikt gemaakt om lanceringen te kunnen doorstaan. ‘Als alles goed gaat, dan gaat ons systeem de ruimte in met de EChO-missie. Als die missie doorgaat, dan is het systeem rond 2022 in de ruimte’, aldus Ter Brake. Deze kandidaatmissie is gericht op het bestuderen van atmosferen van exoplaneten.
De nieuwe koeltechniek is ook geschikt voor de European Extremely Large Telescope (E-ELT) in Chili. Ook de E-ELT kijkt in het ver-infrarood en heeft baat bij deze trillingsvrije koeltechniek. Ter Brake: ‘Hier is de uitdaging de grootte van het systeem. Het koelsysteem voor de E-ELT moet twee ordes van grootte meer koelvermogen hebben dan voor de EChO-missie.’
