JUICE is op 14 april 2023 gelanceerd op een Ariane 5 raket en zijn reis naar Ganimedes, Europa en Callisto zal zo'n 8 jaar duren. In 2031 moet de sonde aankomen bij Jupiter. Aan boord bevinden zich 10 gespecialiseerde wetenschappelijke instrumenten, die onder extreme omstandigheden bijzonder nauwkeurige metingen moeten verrichten. Een belangrijk instrument is ontworpen door de Universiteit Bern in Zwitserland, met behulp van de precisietechnologie van FAULHABER.
Massaspectrometer moet inzicht geven in de geheimen van Jupiter
De Universiteit Bern speelde een sleutelrol voor het JUICE-project en was onder andere betrokken bij de ontwikkeling van meerdere wetenschappelijke instrumenten. Daarnaast leverde de universiteit een bijdrage aan een precisiegereedschap om de manen van Jupiter te onderzoeken: de neutrale en ionenmassaspectrometer (NIM). De NIM maakt onderdeel uit van de Nadir-eenheid, die samen met twee andere deeltjessensoren het hart vormt van het pakket dat de deeltjesomgeving analyseert. Deze eenheid is ontwikkeld en geïntegreerd door de Universiteit Bern en heeft uitgebreide tests ondergaan.
Het doel van de NIM is om de chemische samenstelling, de verdeling en fysieke eigenschappen te analyseren van de deeltjes in de atmosferen van de ijsmanen. De meetgegevens moeten onder andere helpen om te bepalen of er mogelijk "levensvriendelijke" omstandigheden bestaan op de manen. De extreme omgeving rondom Jupiter vraagt echter het uiterste van de technologie: de planeet heeft een gigantisch magnetisch veld, dat veel straling produceert. En straling is vernietigend voor elektronica, zelfs voor de meest stevige componenten.
Om de NIM en de complete Nadir-eenheid te beschermen tegen deze straling, is speciale afscherming aangebracht. De behuizing van de elektronica is gemaakt van wolfraam. De extreem hoge dichtheid van dit materiaal vormt een effectieve barrière tegen hoogenergetische deeltjes. Ook de detector van de massaspectrometer is extra afgeschermd: er zit een schild van 1,5 kg wolfraam en tantalium rondom de gevoelige kern van de detector, die bestaat uit twee glazen schijven met een diameter van 10 mm en een dikte van slechts 0,3 mm. Het doel is namelijk om geïoniseerde gasatomen en moleculen te meten, maar de hoogenergetische deeltjes rondom Jupiter genereren soortgelijke signalen als deze atomen en moleculen. Zonder afscherming zouden meetgegevens verloren gaan in de ruis.
Naast deze maatregelen tegen straling speelt ook de betrouwbaarheid van de instrumenten een belangrijke rol. Reparaties zijn niet mogelijk tijdens de missie, dus moet de werking van alle componenten tijdens het ontwerpproces op verschillende manieren worden verzekerd. Op sommige punten zijn de marges voor de vermogensreserve opzettelijk niet meegerekend, om maximale operationele betrouwbaarheid te garanderen onder de ruige omstandigheden bij Jupiter.
Aandrijvingen van FAULHABER leveren precisie in de ruimte
To precisely analyze the chemical composition of the atmospheres of Jupiter's moons, the NIM mass spectrometer needs a flexible measurement strategy. Here, a mechanism is used which can switch between various measuring modes. Depending on the mode, different entrance openings are used, which have to be opened or closed accordingly. To provide the required high-precision control, a specially developed drive based on tried-and-tested FAULHABER components was integrated.
The heart of the drive is a combination of an 8 mm brushless DC-motor (series 0824 … B) and a 10 mm planetary gearhead with a reduction of 1:256. Dr. Daniele Piazza from the Space Research & Planetary Sciences department at the University of Bern explains why this drive solution was selected: "On the one hand, the chosen combination has to provide the necessary characteristics, such as torque, reduction and compactness. On the other hand, the drives also need to withstand the harsh conditions of the space mission." To ensure their reliability, the magnets of the motors were subjected to intensive radiation testing in the cyclotron at the Inselspital, the University Hospital of Bern. Furthermore, the windings of the motors were baked in a vacuum at 100 °C to minimize outgassing and to ensure long-term functionality.
Without this high-precision drive, it would not be possible to exploit the full potential of the NIM instrument. The ability to switch between different measuring modes significantly broadens the scope of the scientific studies and contributes considerably to the success of the JUICE mission. FAULHABER drive technology therefore makes a decisive contribution to exploring the icy moons of Jupiter.
Producten
