In de komende jaren zal een vierde industriële revolutie ertoe leiden dat duizenden satellieten in de ruimte zullen worden gebracht. Deze zogenaamde ‘Space Revolutie’ is al aan de gang. Naarmate de ruimte voller wordt, hebben satellieten betere manieren nodig om hun eigen positie ten opzichte van andere bewegende objecten te bepalen. Zo voorkomen ze bijvoorbeeld botsingen en kunnen ze meteorieten ontwijken. Het in Amsterdam gevestigde Innoseis Sensor Technologies heeft onlangs een instrument ontwikkeld dat van cruciaal belang is om dit mogelijk te maken.
Dit instrument, MEMS-versnellingsmeter (micro-elektrisch-mechanische systemen), is een ultragevoelig mechanisch apparaat dat bewegingen van een object in de gaten houdt. In satellieten kunnen deze versnellingsmeters worden gebruikt om de stuwkracht nauwkeurig te bepalen. Daardoor kan bespaard worden op het stroomverbruik en het brandstofverbruik. Ook gaat een satelliet daardoor langer mee. Het instrument maakt daarnaast een zeer nauwkeurigere positionering in de omloopbaan mogelijk. Satellieten kunnen met elkaar kunnen communiceren en elkaar zonodig ontwijken. Dat is van groot belang, nu het in die ring om de aarde steeds drukker wordt.
Het helpt de ruimterevolutie met zijn tienduizenden satellieten mogelijk te maken.
Dr. Mark Beker, CEO Innoseis Sensor Technologies
Innoseis, een spin-off van het Nikhef-instituut, werkt in dit project samen met de European Space Agency (ESA) om te laten zien hoe de versnellingsmeter kan helpen bij satellietmanoeuvres. “Dit is in toenemende mate van belang voor satellieten die onderdeel uitmaken van zogeheten constellaties. Dat zijn groepen van satellieten die onderling een netwerk vormen dat de wereld omspant,” legt dr. Mark Beker, CEO van Innoseis, uit. Het Global Positioning System (GPS) is zo’n constellatie. Dit netwerk bestaat uit 31 satellieten. De netwerken waarover Beker spreekt, zijn vele malen groter. “We gaan steeds meer van dit soort netwerken bouwen. Bij die ruimtevaartrevolutie worden tienduizenden satellieten gelanceerd”, aldus Beker.
MEMS-versnellingsmeters
Versnellingsmeters zijn in allerlei apparaten terug te vinden. Simpel gezegd meten zij veranderingen in een beweging in relatie tot andere krachten of objecten. Daarbij gaat het om statische versnellingskrachten – zoals de zwaartekracht – en dynamische, ‘bewegende’ krachten. Bijvoorbeeld trillingen of een botsing tussen twee voorwerpen. Een MEMS-versnellingsmeter werkt volgens hetzelfde principe. Alleen is deze verpakt in een chip van ongeveer 1 cm2.
Een MEMS-versnellingsmeter is dus eigenlijk een sensor die wordt gebruikt om minieme bewegingen te detecteren en te bepalen waar een voorwerp zich bevindt. Ze worden bijvoorbeeld gebruikt in digitale camera’s om ervoor te zorgen dat beelden op het scherm rechtop worden weergegeven. Maar ze worden ook gebruikt bij allerlei VR-technieken om bewegingen ten opzichte van de virtueel gecreëerde wereld te volgen. Ze zitten daarnaast in veel zelfsturende navigatiesystemen, zoals autonome voertuigen en satellieten.
Zwaartekrachtgolven
“In de afgelopen twee jaar hebben we ons weer op onderzoek en ontwikkeling gericht,” zegt Beker. “We hebben technologie uit het onderzoek naar gravitatiegolfdetectoren gebruikt en die geminiaturiseerd tot deze MEMS-versnellingsmeter.”
In 2015 werden voor het eerst zwaartekrachtgolven waargenomen die ontstonden door de botsing van twee zwarte gaten op 1,3 miljard lichtjaar afstand. Dit bevestigde Einsteins theorie uit 1916 over zwaartekrachtgolven – of trillingen in de ruimte die worden veroorzaakt door cataclysmische gebeurtenissen, zoals het ontstaan van zwarte gaten of supernovae. Deze gravitatiegolven geven aanwijzingen over de aard van onder andere neutronensterren en het heelal direct na de oerknal.
Het kunnen lezen van deze gravitatiegolven is een nieuw gebied in het ruimteonderzoek. Nikhef is van plan een observatorium te bouwen om zulke gravitatiegolven te detecteren. Dat krijgt de toepasselijke naam Einstein Telescoop. Gravitatiegolven zijn zeer zwak. Het is erg moeilijk om ze op te sporen en ze te isoleren van de seismische activiteit op aarde.
De Innoseis versnellingsmeter is in staat om de kleinste trillingen onder het aardoppervlak waar te nemen. Daarmee biedt het instrument een oplossing voor dit probleem. Innoseis is niet het eerste bedrijf dat een dergelijk apparaat maakt. Tot dusver is hun apparaat echter het fijngevoeligst, is het goedkoper en verbruikt het minder energie.
“Een soortgelijk apparaat met dezelfde prestaties zou minstens een kilo wegen. Wij hebben een alternatief dat ongeveer een gram weegt”, zegt Beker. “Op het vlak van energieverbruik gaat het bij ons om milliwatts in plaats van naar watts. We streven naar een kostprijs van 20 euro per eenheid. Dat maakt een brede toepassingen ook buiten de ruimtevaartrevolutie mogelijk.”
Innoseis integreert zijn MEMS versnellingsmeter in hun bestaande seismische sensortechnologieën. Zo is het instrument al gebruikt om dwarsdoorsnedebeelden te maken van potentiële bouwplaatsen voor de Einstein Telescoop.
Volgens Beker kan de technologie ook goed gebruikt worden bij autonoom rijdende voertuigen. “Wat je krijgt is een soort fusie tussen GPS-technologie en sensortechnologie wat leidt tot een veel nauwkeuriger bepaling van de positie van het voertuig,” zegt Beker.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
