<div><p>TNO richt zich op ontwikkeling, prototyping en prestatietesten. Met deze partners werkten we samen aan de HVR-adaptieve spiegels:</p><ul> <li>Universiteit van Hawaï (VS): adviseur en klant die lancering uitvoert</li> <li>Universiteit van Californië (VS): test- en onderzoekspartner, ontwikkeling van facesheets</li> <li>VDL (NL): productie van aandrijvingen en draagstructuren</li> <li>AAC Clyde Space (NL): ontwikkeling elektronica</li> <li>Fraunhofer (DE): voorvormen van facesheets</li> <li>NOVA (NL): finishing van facesheets</li> </ul></div>

<div><p>Om de nadelen van bestaande adaptieve-spiegeltechnologieën te ondervangen, ontwikkelde TNO systemen met de volgende ontwerpkenmerken:</p><ul> <li>Gepatenteerde HVR-aandrijvingen (Hybrid-Variable-Reluctance), met hoge lineariteit, grote kracht en hoge efficiëntie voor vermogen en volume, en bij de meeste toepassingen zonder de noodzaak van actieve koeling.</li> <li>Zeer betrouwbaar vanwege het ontbreken van slijtage/veroudering, redundante actuatorwikkelingen en onderdelen die te onderhouden zijn</li> <li>Modulair en schaalbaar voor verschillende hoeveelheden aandrijvingen, configuraties en slaglengtes van 5 - 50 mm</li> <li>Gebruik van dikkere spiegels (2-4 mm) die duurzamer en goedkoper zijn</li> <li>Aanpasbaar aan omgeving, inclusief cryogeen</li> </ul></div>

Werking Hybrid-Variable-Reluctance

<div><p>Het belangrijkste onderdeel van Hybrid-Variable-Reluctance is de aandrijving. De belangrijkste eigenschappen hiervan zijn:</p><ul> <li>Hoge lineaire respons (>99%), lage hysterese</li> <li>Hoge betrouwbaarheid: geen slijtage/veroudering, conformiteit, redundante wikkelingen</li> <li>Lage vermogensdissipatie (~ enkele mWatts per aandrijving)</li> <li>Compacte elektronica met laag stroomverbruik (PWM)</li> <li>Grote kracht per volume; schaalbaar tot grote openingen en afstanden tussen aandrijvingen (~40 keer hoger dan een voice-coil-actuator van dezelfde grootte)</li> </ul><p><img src="/publish/pages/11423/hvr_actuator_performance.jpg" alt="hvr_actuator_performance" width="640" data-sources="[{"width":344,"height":215,"src":"/publish/pages/11423/344px/hvr_actuator_performance.jpg","sizeClass":"size_344px"},{"width":640,"height":400,"src":"/publish/pages/11423/hvr_actuator_performance.jpg"}]" height="400" data-id="11423" id="img_pagvld_289002_0" class="img_pagvld_289002_0" resolved="true" /></p><p>HVR-aandrijving - prestaties: maximale krachtafgifte ± 14N; lineair bereik van ±8N; 99% lineariteit; hysterese <1%.</p><p><img src="/publish/pages/11423/hvr_actuator_stroke_and_force_range.jpg" alt="hvr_actuator_stroke_and_force_range" width="640" data-sources="[{"width":344,"height":215,"src":"/publish/pages/11423/344px/hvr_actuator_stroke_and_force_range.jpg","sizeClass":"size_344px"},{"width":640,"height":400,"src":"/publish/pages/11423/hvr_actuator_stroke_and_force_range.jpg"}]" height="400" data-id="11423" id="img_pagvld_289002_1" class="img_pagvld_289002_1" resolved="true" /></p><p>HVR-aandrijving – slag en krachtbereik ten opzichte van voice-coil- en piëzo-aandrijvingen.</p><p><img src="/publish/pages/11423/latest_hvr_actuator_dm16.jpg" alt="latest_hvr_actuator_dm16" width="640" data-sources="[{"width":344,"height":215,"src":"/publish/pages/11423/344px/latest_hvr_actuator_dm16.jpg","sizeClass":"size_344px"},{"width":640,"height":400,"src":"/publish/pages/11423/latest_hvr_actuator_dm16.jpg"}]" height="400" data-id="11423" id="img_pagvld_289002_2" class="img_pagvld_289002_2" resolved="true" /></p><p>Nieuwste HVR-aandrijving - DM16. Prestatiespecificaties: Lineair krachtbereik >30N PV; Verplaatsingsbereik >30µm PV- (tot 100µm PV, TBC); Interne resonantie >2kHz; Efficiëntie; 60N/√W.</p></div>

Adaptieve spiegels

Thema:: Grondgebaseerde astronomie; Ruimtevaart en wetenschappelijke instrumentatie

7 augustus 2024

Adaptieve spiegels zijn belangrijke onderdelen in adaptieve optische systemen. Ze worden gebruikt in de astronomie en laser-satellietcommunicatie om het vervormende effect van de atmosfeer op telescoopbeelden te corrigeren. Daarnaast gebruikt Defensie de spiegels voor krachtige lasers. TNO ontwikkelde een nieuwe technologie voor adaptieve spiegels: Hybrid-Variable-Reluctance (HVR). Hierdoor zijn ze betrouwbaarder, duurzamer, efficiënter en krachtiger dan traditionele systemen. Bovendien zijn ze modulair en schaalbaar.

Wat zijn adaptieve spiegels en hoe werken ze?

Sterren die we door telescopen zien, zijn vervormd door atmosferische turbulentie. Adaptieve spiegels kunnen zo snel van vorm veranderen, dat ze dit vervormende effect van de atmosfeer kunnen corrigeren. Dit doen ze zo:

Adaptieve optische systemen meten de atmosferische optische verstoringen voor grondgebaseerde telescopen door optische signalen, zoals lasergeleide sterren.
De adaptieve spiegels compenseren vervolgens de verstoring van deze signalen.
Hierdoor corrigeren ze het zicht van de systemen in realtime en verbeteren ze de optische capaciteit.

Bij astronomische ruimteprogramma's zijn adaptieve optische systemen daarnaast essentieel voor contrastrijke beeldvorming (bijvoorbeeld bij het onderzoeken van exoplaneten). Ook compenseren deze systemen imperfecties van de optica als gevolg van fabricagefouten, uitlijnfouten, zwaartekracht en stress tijdens de lancerings- en stationeringsfase.

Het principe bewijzen

Sla navigatie over

Eerste adaptieve spiegel TNO-HVR

2017

De eerste vervormbare spiegel van TNO-HVR werd rond 2017 gebouwd voor ESA. Met deze spiegel toonden we het principe van adaptieve optiek voor optische correcties aan. Sindsdien zijn er verschillende van adaptieve spiegels met bewezen werking in laboratoria gebouwd.
Adaptieve secundaire spiegel voor de NASA-IRTF-telescoop

Begin 2024

Begin 2024 ontwikkelde TNO met de hieronder genoemde partners een adaptieve secundaire spiegel voor de NASA-IRTF-telescoop in Hawaï. Het project ging in minder dan een jaar van ontwerp naar geleverde hardware. En een uur nadat de telescoop werd gebruikt, ving de spiegel al het eerste licht.
Adaptieve secundaire spiegel voor de UH88-telescoop

Eind 2024

Het plan is om eind 2024 een adaptieve secundaire spiegel (ASM) te leveren voor de UH88-telescoop (2,2 meter) in Hawaï. Deze ASM heeft een diameter van 620 millimeter en 210 aandrijvingen. Een van de belangrijkste ontwikkelingen op deze schaal? Dat is de betaalbare productiemethode voor nauwkeurige dunwandige glazen spiegels, genaamd 'heat-slumping' of 'capture-range-replication'. Dit is veel goedkoper dan traditioneel slijpen en polijsten.

Terug naar navigatie

Toepassingen van adaptieve spiegels

De adaptieve secundaire spiegels zijn geschikt voor verschillende telescopen en toepassingen. Zo ontwerpen we momenteel spiegels voor:

European Solar Telescope (EST)
Keck Observatory
Gemini North Telescope
Thirty Meter Telescope
Automated Planet Finder
High Power Laser (HPL) voor Defensie

OFELIA Laser Communications Breadboard

De vervormbare spiegel DM2 die werd gebruikt in OFELIA Laser Communications Breadboard toonde aan dat bundelvorming (atmosferische voorcorrectie) de signaalkwaliteit aanzienlijk kan verbeteren.

Meer over laser-satellietcommunicatie

Voorbeelden van onze ontwerpen

Conceptueel ontwerp van de adaptieve secundaire spiegel van W.M. KECK Observatory, met ~3000 aandrijvingen en een diameter van 1,4 m.
Voorlopig ontwerp (en breadboard) van de adaptieve spiegel voor de European Solar Telescope: 2000 aandrijvingen, diameter van 0,8 m en een gekoeld optisch oppervlak.

Hoe werkt Hybrid-Variable-Reluctance

TNO richt zich op ontwikkeling, prototyping en prestatietesten. Met deze partners werkten we samen aan de HVR-adaptieve spiegels:

Universiteit van Hawaï (VS): adviseur en klant die lancering uitvoert
Universiteit van Californië (VS): test- en onderzoekspartner, ontwikkeling van facesheets
VDL (NL): productie van aandrijvingen en draagstructuren
AAC Clyde Space (NL): ontwikkeling elektronica
Fraunhofer (DE): voorvormen van facesheets
NOVA (NL): finishing van facesheets

Om de nadelen van bestaande adaptieve-spiegeltechnologieën te ondervangen, ontwikkelde TNO systemen met de volgende ontwerpkenmerken:

Gepatenteerde HVR-aandrijvingen (Hybrid-Variable-Reluctance), met hoge lineariteit, grote kracht en hoge efficiëntie voor vermogen en volume, en bij de meeste toepassingen zonder de noodzaak van actieve koeling.
Zeer betrouwbaar vanwege het ontbreken van slijtage/veroudering, redundante actuatorwikkelingen en onderdelen die te onderhouden zijn
Modulair en schaalbaar voor verschillende hoeveelheden aandrijvingen, configuraties en slaglengtes van 5 - 50 mm
Gebruik van dikkere spiegels (2-4 mm) die duurzamer en goedkoper zijn
Aanpasbaar aan omgeving, inclusief cryogeen

Het belangrijkste onderdeel van Hybrid-Variable-Reluctance is de aandrijving. De belangrijkste eigenschappen hiervan zijn:

Hoge lineaire respons (>99%), lage hysterese
Hoge betrouwbaarheid: geen slijtage/veroudering, conformiteit, redundante wikkelingen
Lage vermogensdissipatie (~ enkele mWatts per aandrijving)
Compacte elektronica met laag stroomverbruik (PWM)
Grote kracht per volume; schaalbaar tot grote openingen en afstanden tussen aandrijvingen (~40 keer hoger dan een voice-coil-actuator van dezelfde grootte)

hvr_actuator_performance

HVR-aandrijving - prestaties: maximale krachtafgifte ± 14N; lineair bereik van ±8N; 99% lineariteit; hysterese <1%.

hvr_actuator_stroke_and_force_range

HVR-aandrijving – slag en krachtbereik ten opzichte van voice-coil- en piëzo-aandrijvingen.

latest_hvr_actuator_dm16

Nieuwste HVR-aandrijving - DM16. Prestatiespecificaties: Lineair krachtbereik >30N PV; Verplaatsingsbereik >30µm PV- (tot 100µm PV, TBC); Interne resonantie >2kHz; Efficiëntie; 60N/√W.