211service.com
MEMS voor het bekijken van verre sterrenstelsels
Pogingen om diep in het vroege heelal te turen zijn belangrijk om de vorming ervan te begrijpen, maar hiervoor is het verzamelen van zeer zwak infrarood licht vereist - wat moeilijk is omdat dichterbij gelegen, helderdere objecten de signalen van donkere objecten die verder weg zijn overweldigen. Nu hebben ingenieurs van NASA een zeer gevoelig apparaat ontworpen met luiken op een schaal van 62.000 micrometer waarmee wetenschappers objecten kunnen kiezen die ze willen bestuderen en het licht van andere objecten kunnen blokkeren.
Een door NASA ontwikkelde microshutter-assemblage zal een van de nieuwste apparaten aan boord van de James Webb Space Telescope zijn. Het zal bovenop een camera zitten, de Near Infrared Spectrograph genaamd. Een van de belangrijkste elementen, het donkerbruine vierkant, is een microshutter-array ter grootte van een postzegel. Het bevat meer dan 62.000 kleine luiken die worden gebruikt om licht te blokkeren of door te laten voor het selectief bekijken van objecten, zoals sterrenstelsels en sterren.
Het nieuwe microshutter-systeem is bestemd voor de James Webb Ruimtetelescoop , gepland om de Hubble-ruimtetelescoop in 2013 te vervangen. Het begint met een stuk speciaal gemaakt silicium met een 38-bij-38-millimeter gebied van luiken die bovenop een camera zitten, de Near Infrared Spectrograph, gebouwd door de Europees Ruimteagentschap (DAT).
Wetenschappers zullen het openen en sluiten van de microshutters begeleiden door eerst beelden te onderzoeken die zijn gemaakt met een infraroodcamera aan boord van de telescoop, zegt Harvey Moseley, de hoofdonderzoeker van de microshutter. Wetenschappers die de afbeeldingen bekijken, selecteren de verre objecten die ze willen spectrograferen. Een computersysteem met een digitale kaart coördineert het openen en sluiten van de luiken. Het is een beetje alsof je naar het westen rijdt de zonsondergang in, en je trekt het vizier van je auto naar beneden, zegt Moseley. Je haalt veel licht uit je detectiesysteem [gezichtsveld] en het verbetert de gevoeligheid enorm. Dit is de motivatie achter de microshutters: het elimineren van al het onnodige licht.
Dankzij de microshutters kunnen wetenschappers verder de ruimte in kijken dan ooit tevoren door de signalen van heldere objecten volledig te blokkeren. Het doel is om deze zeer vroege sterrenstelsels te observeren en een idee te krijgen van alle processen die de vorming van deze sterrenstelsels mogelijk hebben gemaakt, zegt Moseley. Verder hopen we een beter beeld te krijgen van hoe je van een rommelig heelal met kleine onregelmatige sterrenstelsels naar de vrij grote spiraalstelsels van het huidige heelal komt.
De poging werd gesmeed door NASA's Goddard Space Flight Center met behulp van micromechanische technologie om het microshutter-subsysteem te vervaardigen. De kleine luiken, of luiken, waren gemaakt van siliciumnitride en met scharnieren aan de siliciumwafel bevestigd, legt Murzy Jhabvala, hoofdingenieur van Goddard Instrument Technology and Systems Division, uit.
Het team van Moseley ontwierp de luiken om te openen en te sluiten als reactie op een magnetisch veld. De onderzoekers deponeerden magnetisch materiaal op het oppervlak van de luiken en plaatsten er een magneet onder om ze te openen. Door de magneet te verwijderen, kunnen de luiken weer gesloten worden. Om ze open te houden, passen ingenieurs een spanning toe: een positieve spanning op de sluiter zelf en een negatieve spanning op de achterwand. Metaallagen dienen als elektroden aan de voor- en achterkant van de array.
De positieve en negatieve spanning houdt de sluiter open, en als de magneet wegbeweegt, blijft de sluiter open, zegt Jhabvala, en dan laten we de spanning doorgaan naar die luiken die we willen laten sluiten. Op deze manier kunnen we specifiek een of honderd van de luiken openen of sluiten die we willen, ook wel random access-adressering genoemd.
Microshutters concurreren met een alternatieve benadering genaamd micromirrors. Deze aanpak maakt gebruik van een reeks tegels; door de spiegels van de tegels te kantelen, wordt het licht afgebogen, zegt Jhabvala. Hoewel dit een zeer goede technologie is die is ontwikkeld voor projectietelevisiesystemen, is een van onze belangrijkste vereisten om al het licht volledig te blokkeren. Er kan geen lekkage zijn die het signaal beschadigt. De spiegels buigen het licht alleen maar ergens anders af, waardoor de mogelijkheid bestaat dat licht terug in het systeem kan komen. De luiken blokkeren het volledig, zegt hij.
In de komende zes tot negen maanden, voordat de microshutters naar de ESA worden verzonden, zullen ingenieurs het apparaat verder verfijnen. Maar tot nu toe is het goed gelukt; de technologie heeft aangetoond dat het de ontberingen van de lancering in de ruimte kan overleven, en het werkt prima bij lage temperaturen (-388 ° F).
Hoewel het te vroeg is om te zeggen of deze high-end ruimte-MEMS ooit gecommercialiseerd zal worden, zegt Moseley dat de voordelen van absolute controle van licht relevant kunnen zijn voor medische beeldvorming en andere beeldvormingstoepassingen. De mogelijkheden die deze technologie biedt, zijn geweldig. Als veel mensen het zouden kunnen krijgen, zouden veel mensen het willen. Maar om het bruikbaar te maken voor andere technische beeldvormingstoepassingen... moeten we deze kunnen opschalen naar een groter formaat.