TNO’s bijdrage aan meetinstrument Sentinel-5

Als onderdeel van de Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS), zet het Europees Ruimteagentschap (ESA) Sentinel-satellieten in om de aarde te observeren en cruciale informatie te verzamelen: van de oppervlaktetemperatuur, landbedekking en hoogte van het zeeoppervlak, tot broeikasgassen en luchtvervuiling. De verzamelde data zijn voor iedereen toegankelijk en worden gebruikt om daadkrachtige beleidskeuzes te maken – en zo de luchtkwaliteit te verbeteren en klimaatverandering te doorgronden en tegen te gaan. Het Sentinel-5-project, geleid door Airbus Defence & Space GmbH, streeft ernaar om de meest nauwkeurige gegevens tot nu toe te verzamelen over de samenstelling van de atmosfeer.

De voorloper van Sentinel-5, Sentinel-5P, werd in 2017 gelanceerd en gebruikt TROPOMI: een instrument dat ons begrip over atmosfeersamenstelling, klimaat interactie en luchtvervuiling significant heeft verbeterd. TNO ontwikkelde het baanbrekende meetinstrument, in nauwe samenwerking met Nederlandse en Britse partners. Nu benaderde Airbus Defence & Space GmbH TNO en partners met een nieuwe opgave: garanderen dat Sentinel-5 de komende 21 jaar nauwkeurige data verzamelt.

Verbeterde technologie toegepast

Sinds de lancering van Sentinel-5P in 2017 heeft TNO de vrijevorm optiek-technologie verder ontwikkeld. In onze bijdrage aan Sentinel-5 zet TNO die kennis en kunde maximaal in. Ons aandeel: een spectrometer voor het UV1-golflengtegebied (270-310 nm) en twee optische telescopen met een extreem hoge resolutie. TNO ontwikkelt elk instrument in drievoud, omdat iedere Sentinel-satelliet ongeveer zeven jaar meegaat. Zo is een onafgebroken datastroom de komende 21 jaar gegarandeerd.

TNO heeft de instrumenten zo compact en licht mogelijk gemaakt, zonder in te leveren op robuustheid. Bij lancering moeten ze immers krachten wel 22 keer sterker dan de zwaartekracht op aarde verduren. En in de ruimte temperaturen tussen de -20 en 60 °C doorstaan. TNO heeft alle materialen zorgvuldig geselecteerd en ontworpen, zodat er in het vacuüm in de ruimte maar minimaal gassen uit het materiaal kunnen vrijkomen die de optiek zou kunnen degraderen, om zo de levensduur van de missie te verlengen.

Revolutionaire upgrades

De instrumenten van TNO voldoen uiteraard aan de vereisten van ESA en Airbus. Hiervoor bevatten ze significante technologische verbeteringen die voor extra nauwkeurige metingen zorgen. Neem de UV1-spectrometer: deze scant de atmosfeer in het ultravioletspectrum, dat – vergeleken met het zichtbare en infraroodspectrum – het minste licht bevat. Dat maakt meten lastig: kleine verliezen van licht, bijvoorbeeld door absorptie of verstrooiing, kunnen grote invloed hebben. Daarom heeft TNO de Sentinel-5-spectrometer uitgerust met spiegels, gepolijst tot een ruwheid van minder dan 0,7 nanometer – die verminderen hinder door strooilicht. Om trillingen en schokken op te vangen, hebben we ze op mechanische veren gemonteerd.

De twee telescopen die TNO voor Sentinel-5 heeft gemaakt, zijn baanbrekend. Ze moeten precies op elkaar worden afgesteld, wat extreme nauwkeurigheid vereist. Ook gebruiken ze gepolijste spiegels met een minimale ruwheid, in plaats van lenzen. Deze aanpak, gecombineerd met uiterst zorgvuldige fabricage en integratie – waardoor minder stof en residu op de spiegels ontstaat – zorgt voor minder lichtverlies, en geeft een kraakheldere resolutie.

Beide telescopen bevatten ook zogeheten slit homogenisers, die de heterogene belichting van de slit door de fluctuerende albedo compenseren. Albedo is door de aarde weerkaatst zonlicht; in het verleden hadden vergelijkbare instrumenten veel moeite met deze heterogene belichting.

Blik op de toekomst

TNO blijft werken aan innovaties die essentiële atmosferische data haarscherp in beeld brengen, ter ondersteuning van wetenschap en beleid ter voorkoming van luchtvervuiling, opwarming van de aarde en verlies aan biodiversiteit. Onze bijdrage aan Sentinel-5 is wederom een trots moment voor het team en een nieuwe kans om beter geïnformeerde beslissingen mogelijk te maken die de samenleving ten goede komen.