In de loop der jaren heeft het ingenieursteam meegewerkt aan een hele reeks projecten. Hieronder staan enkele voorbeelden van voltooide of lopende projecten waaraan het ingenieursteam een belangrijke bijdrage geleverd heeft.
NOMAD is een state of the art spectrometer die de chemische samenstelling van de atmosfeer van Mars zal meten aan boord van de Exomars missie die gelanceerd werd op 14 maart 2016.
NOMAD is een spectrometer met 3 kanalen: 2 kanalen werken in het infrarood en zijn gebaseerd op de expertise van BIRA-IASB’s succesvolle SOIR (Solar Occultation in the Infra-Red) instrument aan boord van ESA’s Venus express (VEX) missie.
Het zonne-occultatie kanaal van NOMAD (SO) is een kopie van SOIR/VEX.
Het Limb, Nadir en Occultatie kanaal (LNO) is een verbeterde versie van SOIR, beter aangepast aan zwakkere lichtbronnen aangezien het niet alleen zal meten in zonne-occultatie modus, maar ook in nadir modus, i.e. rechtstreeks kijken naar het zonlicht dat gereflecteerd wordt door het oppervlak en de atmosfeer van Mars.
Het bijkomende UVIS kanaal breidt het golflengtegebied uit van infrarood tot UV en zichtbare golflengtes en geeft NOMAD zo de mogelijkheid om ozon, zwavelzuur en aërosols te bestuderen.
PICASSO: PICo-satellite for Atmospheric and Space Science Observations
PICASSO is een CubeSat-missie van ESA geïnitieerd door het BIRA. Deze erg budgetvriendelijke satelliet heeft niet alleen de ambitie om de ozonverdeling in de stratosfeer en het temperatuurprofiel tot aan de mesosfeer te bepalen, maar moet ook de elektronische dichtheid en de temperatuur in de ionosfeer meten. De lancering is gepland in 2017. De satelliet zal twee jaar vliegen in een polaire baan op ongeveer 500 km hoogte. De nuttige lading bestaat uit een geminiaturiseerde ‘imaging’ spectrometer (VISION) en een Sweeping Langmuir Probe (SLP) instrument.
3DEES: Three Dimensional Energetic Electron Spectrometer
De Drie-dimensionale Energetic Electron Spectrometer is een compact en modulair instrument voor het meten van hoog-energetische deeltjesstromen, met een uitstekende massa-resolutie, hoek en energie. Het is een opvolger van EPT met de aanvullende mogelijkheid om in andere richtingen (3D) te meten. Het meet de energie die geladen deeltjes afzetten in de panoramische spectrometermodules om de hoekverdeling van elektronen en protonen tot in 6 hoeken te bepalen over 180°.
Elektronen: 100 keV-10 MeV (32 kanalen)
Protonen: 4 MeV-50 MeV (32 kanalen)
Hoekresolutie: 15°
3DEES verwerkt de informatie om het energiespectrum en de hoekverdeling van de deeltjes te identificeren. Het BIRA engineering-team draagt vooral bij tot het ontwerp en de productie van de structurele mechanica. Dit project is een samenwerking met QinetiQ en het Centre des Radiations Spatiales aan de UCL.
ALTIUS: Atmospheric Limb Tracker for Investigation of the Upcoming Stratosphere
ALTIUS is een UV-Zichtbaar-NIR spectrometer die in staat is de atmosferische concentratieprofielen van spoorgassen in de bovenste atmosfeer te meten. Het instrument zal werken aan boord van een microsatelliet van de PROBA klasse in verschillende observatiemodi: limb verstrooiing, zonne-occultatie en steroccultatie.
De configuratie bestaat uit een set van 3 spectrale camera’s die elk bestaan uit een combinatie van een AOTF (acousto-optical tunable filter), een 2D detector en de nodige optica.
EPT is een instrument dat ontwikkeld werd om hoogenergetische deeltjesstromen te meten met een zeer goede resolutie voor energie, impuls en massa.
Het meet de energie die door geladen deeltjes afgezet wordt in modulaire gevoelige elementen en het verwerkt de informatie om de deeltjes te identificeren (0.2-10 MeV elektronen, 4-300 MeV H en 16-1000 MeV He ionen) en om hun energiespectrum en impulsverdeling te bepalen.
SOIR: Solar Occultation in the InfraRed, Venus Express
SOIR is een compacte hoge-resolutie spectrometer ontwikkeld voor ESA’s Venus Express satelliet.
Het instrument werkt in het IR golflengtegebied van 2.2 µm tot 4.3 µm en gebruikt een nieuw echelle grating met een groefdichtheid van 4 lijnen/mm in een Littrow configuratie, in combinatie met een IR AOTF (acousto-optical tunable filter) voor het selecteren van de ordes en met een actief gekoelde HgCdTe focal plane detector van 256 op 320 pixels.
SOIR is ontworpen om een spectral sampling interval van 0.1 cm-1 te bereiken.
Lancering: 09-11-2005
Start metingen: 04-2006
Einde van de missie: 2012 (Te bevestigen)
Partners: Service d’Aéronomie (Frankrijk), IKI (Rusland), OIP, Pedeo
ROSINA-DFMS: Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis - Double Focusing Mass Spectrometer, Rosetta
DFMS is één van de drie onderdelen van ROSINA, aan boord van Rosetta, de missie van ESA naar komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko.
Het doel van deze massaspectrometer is het meten van ionen en neutrale deeltjes in het 1-100 a.m.u massabereik met een massaresolutie van 3000 bij 1% piekhoogte.
De sensor heeft een zeer breed dynamisch bereik en een hoge gevoeligheid om de enorme verschillen in de gasconcentraties van ionen en neutralen het hoofd te bieden. Ook de snelheden van de uitstromende komeetgassen en de temperaturen kunnen bepaald worden.
BIRA-IASB ontwikkelde een Linear Electron Detector Array detector met 512 anodes en produceerde de elektronische boards voor EQM en vluchtmodel.
Tot slot werden ook het DFMS Remote Detector Package (RDP) en Floating Detector Package (FDP-A, B) ontworpen en getest.
SPICAM-Light: SPectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars, Mars Express
SPICAM is een spectrometer met een ultraviolet (118-320 nm) en infrarood (1-1.7 micron) kanaal. Zijn doel aan boord van Mars Express is de bepaling van de atmosferische samenstelling en de temperatuur in functie van de hoogte.
Het instrument kan in drie verschillende modi meten: nadir, sterren- en zonne-occultatie en limb. In de nadir modus is het instrument rechtstreeks naar Mars gericht en meet het het zonlicht nadat het door het oppervlak van de planeet gereflecteerd is.
Tijdens occultatie, meet het instrument het licht van een ster of de Zon door de atmosfeer. In het geval van limb metingen, kijkt de sensor door de atmosfeer, maar zonder dat er een ster of de Zon aanwezig is. Het instrument meet dan de gloed die door de atmosfeer afgegeven wordt.
BIRA-IASB was betrokken bij het ontwerp en de ontwikkeling van hardware en mechanische onderdelen en bij testen.
Lancering: 02-06-2003
Start metingen: 25-12-2003
Einde van de missie: 31-12-2009
Partners: Service d’Aéronomie (Frankrijk), IKI (Rusland)
SPICAM-S: SPectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars, Mars 96
SPICAM-S is een zonnespectrometer met twee kanalen. Het instrument werd geplaatst op de Mars 96 orbiter.
Het instrument bevat een UV-zichtbaar kanaal (250-650 nm) en een IR kanaal (1.8 – 4.8 micron).
De wetenschappelijke objectieven waren de bepaling van verticale profielen van ozon, waterdamp, koolstofmonoxide, aerosols en de temperatuur in de lage en midden atmosfeer van Mars, door middel van zonne-occultatie.
Lancering: 16-11-1996, de missie faalde een half uur na de lancering door een raketprobleem.
Partners: Service d’Aéronomie (Frankrijk), IKI (Rusland), Chevalier Optics, Verhaert
MAREMF: MARtian Electrons and Magnetic Field, Mars 96
MAREMF maakte deel uit van de plasma-instrumentatie van Mars 96. Het instrument combineert twee fluxgate magnetometers (MAREMF-OS en MAREMF-IS) en een 3D elektron spectrometer (MAREMF-ES).
Het doel van het instrument was de bepaling van de magnetisch veld vector en de driedimensionale verdeling van elektronen en ionen in de plasma omgeving van Mars en in de zonnewind, met hoge nauwkeurigheid, betrouwbaarheid en tijdsresolutie.
BIRA-IASB ontwikkelde de DPU (data processing unit) en de noodzakelijke software. Het instituut was ook betrokken bij het ontwerp van de elektronica voor de spectrometer en Ground Support Equipment, bij het testen van MAREMF-ES en de wetenschappelijke verwerking van de gegevens.
Lancering: 16-11-1996, de missie faalde een half uur na de lancering door een raketprobleem.
Partners: Max Planck Institut für Aeronomie (Duitsland), IKI (Rusland), KFKI (Hongarije), ETCA
ORA is een radiometer ontwikkeld voor het meten van ozon, NO2, aerosols en waterdamp door middel van de occultatietechniek in het nabije infrarood, het zichtbare en nabije UV gebied van het zonnespectrum.
Het instrument bevat ook een infraroodmodule voor de bepaling van waterdamp in de bovenste atmosfeer. Het instrument was een onderdeel van de instrumentatie op EURECA.
Het UV-zichtbare deel bevat 8 modules, ieder voor een andere golflengte. Het infrarode instrument heeft 2 optische kanalen, één voor de bepaling van waterdamp en het andere voor koolstofdioxide.
Het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie was verantwoordelijk voor de mechanische structuur en de UV-zichtbare eenheid. Daarnaast werd de elektronica en de bijhorende software volledig ontworpen en ontwikkeld door BIRA-IASB. Tot slot was BIRA-IASB ook verantwoordelijk voor de kwalificatie van het vluchtmodel en het management van het project.
Lancering: 31-07-1992
Start metingen: 16-08-1992
Einde van de missie: 26-01-1993 (einde van de metingen), terugkeer naar de Aarde: 01-07-1993
Partners: Universiteit van Oxford (UK), LMS, SABCA, ETCA
DTR-CIMS: Drift Tube Reactor – Chemical Ionization Mass Spectrometry
Analyse van spoorgassen door Chemische Ionisatie Massaspectrometrie is de belangrijkste focus van de groep massaspectrometrie van BIRA-IASB.
Naast in-situ metingen met commerciële CIMS instrumentatie (PTR-MS) worden ook laboratoriumstudies uitgevoerd om de selectiviteit te verhogen van online spoorgas detectie (hoofdzakelijk van Biogene Vluchtige Organische Componenten, BVOC) met Flowing Afterglow – Selected Ion Flow Tube (FA-SIFT) en Flowing Afterglow – Tandem MassaSpectrometrie (FA-TMS) instrumentatie.
De standaard FA reactor in het FA-TMS instrument is ideaal voor laboratoriumstudies, maar zal vervangen moeten worden door een drift tube reactor om de gevoeligheid van de spoorgasdetectie te verhogen. Dit resulteert in een DTR-TMS instrument.
Het concept van de DTR reactor is gelijkaardig aan de reactor die gebruikt wordt in standaard PTR-MS instrumenten en bestaat uit een holle kathode ontladingsionenbron, en een tussenliggende kamer voor de zuivering van de precursor hydronium ionen, en een flow drift tube.
Dit laatste onderdeel is in essentie een opeenstapeling van elektrisch geïsoleerde roestvrij stalen ringen uitgerust met de noodzakelijke openingen voor gastoevoer en drukmetingen.
Naast het ontwerp en de constructie van de ionenbron en de drift tube reactor, moest ook een speciale interface tussen de reactor en een quadrupool massaspectrometer gebouwd worden in de Mechanische werkplaats zodat de DTR-reactor uitgebreid kan getest worden voordat hij aan het TMS instrument gekoppeld wordt.
IMPECVOC: IMpact of Phenology and Environmental Conditions on biogenic Volatile Organic Compounds emissions from Forest Ecosystems
Bossen zijn belangrijke emissiebronnen van Biogene Vluchtige Organische Componenten (BVOC). Deze chemische verbindingen spelen een belangrijke rol in atmosferische chemie en ze hebben een invloed op de luchtvervuiling. Het doel van het IMPECVOC project is de studie van BVOC emissies en de invloed van verschillende parameters zoals leeftijd van de boom, temperatuur, beschikbaarheid van water, enz.
Voor dit onderzoek maken ze gebruik van inloop groeikamers waar jonge bomen bestudeerd kunnen worden in gecontroleerde omstandigheden, maar er worden ook metingen in bossen in de buurt van Gent en in Vielsalm uitgevoerd. Hiervoor worden grote torens gebruikt (50 m hoogte in Vielsalm).
Voor deze metingen worden PTR-MS (proton transfer reactie massaspectrometer) en GC-MS (gaschromatografie-massaspectrometer) instrumenten gebruikt.
BIRA-IASB was verantwoordelijk voor de constructie van de meetcellen ( volledig uitgeruste cellen die de tak omsluiten) en van de meetuitrusting in de torens en bovendien ook voor de ontwikkeling van de bijhorende hardware en software om de experimenten te controleren.
Partners: Universiteit van Gent, Universiteit van Liège
BARCOS: Bruker Automation and Remote COntrol System
Observaties van de Zon met behulp van Fourier Transform Infrarood (FTIR) spectrometers worden vaak gebruikt om de chemische samenstelling van de atmosfeer op te volgen. Om op afgelegen, vaak moeilijk toegankelijke plaatsen te kunnen meten en om de metingen meer kostefficiënt te maken, is het nodig om het instrument op een autonome manier te laten werken of het van op afstand te besturen. Voor dit doel is BARCOS ontwikkeld.
BARCOS omvat een Bruker Fourier Transform spectrometer met een gesofisticeerd systeem om de zon te volgen (suntracker), een apart vulsysteem voor vloeibare stikstof en een veelzijdig meteorologisch station. De software, geschreven in LABVIEW controleert alle systeemonderdelen op een geïntegreerde manier. Het hele systeem wordt bediend vanaf een enkele master PC. Hoewel het systeem ontworpen is voor automatische controle en controle op afstand, is manuele operatie ook mogelijk dankzij een gebruiksvriendelijke grafische interface.
MAXDOAS is een nieuw type Differential Optical Absorption Spectroscopie (DOAS).
Metingen van het verstrooide zonlicht langs verschillende banen worden gebruikt om de totale kolommen en profielen van stratosferische en troposferische spoorgassen te bekomen.
Het BIRA-IASB MAXDOAS instrument bestaat uit 3 belangrijke delen:
een doos met temperatuursregeling waarin een UV spectrometer en spectrometer voor zichtbare golflengtes geplaatst zijn
een aan de buitenzijde geplaatst optisch deel gemonteerd op een suntracker
de computers om de gegevens te verwerven
Het ontwerp van het optische deel is zo gemaakt dat de telescoop in verschillende hoogte- en azimut richtingen kan bewogen worden. De straling wordt verzameld door een off-axis parabolische spiegel. Tot slot bevat het optisch deel ook een filterwiel. De straling opgevangen door iedere spectrometer wordt verzameld door een CCD detector. Het systeem wordt op temperatuur gehouden met een koelingssysteem.
Deze opstelling is niet alleen geschikt voor verstrooid licht, maar ook voor rechtstreekse metingen van de Zon.
SIDAMS/MACSIMS: Simultaneous Ion Detection in Atmospheric Mass Spectrometry/ Measurement of Atmospheric Constituents by Selective Ion Mass Spectrometry
MACSIMS is een massaspectrometer aan boord van een ballon die gebruik maakt van actieve chemische ionisatie voor het ter plaatse meten van stratosferische spoorgassen. Het instrument werd ontwikkeld in de jaren ’90 en werd tijdens verschillende succesvolle ballonvluchten gebruikt.
Het instrument bevat een deel voor actieve chemische ionisatie, een ionentransportsysteem en een ionensensor. Het ionisatie-onderdeel, ontwikkeld binnen het SIDAMS project, verwezenlijkt twee ionisatietechnieken: een ontladingsionenbron en een foton-elektron ionenbron.
De ontladingsionenbron kan wisselen tussen verschillende gasstromen om verschillende soorten ionen te produceren.
Dankzij de actieve chemische ionisatie kunnen niet alleen stratosferische ionen, maar ook neutrale verbindingen gemeten worden. Bovendien kan MACSIMS verschillende ionen tegelijk detecteren met een goede massaresolutie en een hoge gevoeligheid.
Partners: Universiteit van Bern (Zwitserland), LPTE (Orléans, Frankrijk)
