Technologie die het heelal in beeld brengt

Zelfs op de beste locaties op aarde vervormt turbulentie in de atmosfeer het licht dat een telescoop bereikt. Adaptieve optiek compenseert voor deze voortdurend veranderende vervormingen, zodat telescopen op aarde veel scherpere beelden kunnen produceren.

Laserprojectiesystemen spelen hierbij een belangrijke rol. Ze projecteren krachtige laserstralen op de natriumlaag hoog in de atmosfeer en creëren zo kunstmatige referentiesterren. Een golffrontsensor neemt deze sterren waar en meet hoe de atmosfeer hun licht heeft vervormd. Het adaptieve-optieksysteem gebruikt deze informatie om een vervormbare spiegel aan te sturen, die het telescoopbeeld in real time corrigeert.
TNO ontwikkelt laserprojectiesystemen voor grote astronomische observatoria en bouwt daarbij voort op technologie die al bij de Very Large Telescope in gebruik is. Samen met Demcon ontwikkelde TNO ook laserprojectiesystemen voor de Extremely Large Telescope. Deze systemen leveren de nauwkeurige kunstmatige referentiesterren die nodig zijn voor adaptieve optiek en uiteindelijk voor scherpere waarnemingen van het heelal.

Visuele uitleg van het laserprojectiesysteem

De aardatmosfeer buigt en vervormt binnenkomend licht, waardoor telescoopbeelden onscherp worden. Soms kan een natuurlijke ster de referentie leveren die nodig is om deze vervorming te meten, maar er is niet altijd een voldoende heldere ster in het juiste deel van de hemel beschikbaar. Met laserprojectiesystemen kunnen astronomen een kunstmatige referentiester creëren waar die nodig is.

TNO ontwierp, bouwde en leverde de laserprojectietelescopen voor ESO’s VLT Four Laser Guide Star Facility. Deze systemen zijn sinds 2016 operationeel en helpen de telescoop te compenseren voor atmosferische verstoringen en scherpere beelden van het heelal te verkrijgen.

Voor de GRAVITY+-upgrade ontwikkelen TNO en Demcon laserprojectiesystemen voor ESO’s Very Large Telescope. De systemen creëren de kunstmatige referentiesterren die de adaptieve optiek van de telescoop nodig heeft. Zo ondersteunen ze waarnemingen van zwakkere objecten in een groter deel van het heelal.

Laser Guide Star, credit: Fred Kamphues

Voortbouwend op de ervaring met de Very Large Telescope werkt TNO samen met Demcon aan het ontwerp en de bouw van laserprojectiesystemen voor ESO’s Extremely Large Telescope. TNO heeft het ontwerp van de laserprojectietelescoop verder ontwikkeld, terwijl Demcon ESO’s Beam Conditioning and Diagnostics System heeft verbeterd.

TNO en Demcons Laser Beam Conditioning and Diagnostics System (BCDS) voor ESO

De ELT is ontworpen om enkele van de grootste astronomische vraagstukken van onze tijd te onderzoeken. De geavanceerde technologieën van de telescoop ondersteunen onderzoek dat varieert van de vorming van sterren en sterrenstelsels tot de studie van planeten buiten ons zonnestelsel. ESO omschrijft de ELT als ‘het grootste oog op de hemel ter wereld’.

De primaire spiegels van Extremely Large Telescopes kunnen een diameter van 24 tot 39 meter hebben. Eén spiegel van deze omvang zou zijn eigen gewicht niet met de vereiste precisie kunnen dragen. Daarom bestaat de primaire spiegel uit meerdere segmenten die zorgvuldig worden gevormd, ondersteund en uitgelijnd, zodat ze samen als één optisch oppervlak functioneren.

De primaire spiegel van de ELT heeft een diameter van 39 meter en bestaat uit 798 zeshoekige segmenten. Samen met VDL en NOVA ontwierp TNO de ondersteuningsconstructie voor deze segmenten. Het verstelbare ontwerp houdt rekening met de verschillende segmentvormen die in de primaire spiegel worden gebruikt en zorgt er tegelijkertijd voor dat het vereiste optische oppervlak behouden blijft.

De spiegeloppervlakken moeten hun vorm behouden met een nauwkeurigheid op nanometerniveau. TNO’s ontwerp voor de ELT voldeed in alle zwaartekrachtoriëntaties aan de eisen voor vormcorrectie van het oppervlak van 25 tot 30 nanometer. Deze precisie is essentieel om de kwaliteit van het binnenkomende licht te behouden.

Samen met partners VDL en NOVA voltooide TNO met succes het ontwerp van de ondersteuningsconstructie voor de primaire spiegel (M1) van ESO’s Extremely Large Telescope (ELT).

Draagstructuur van de primaire spiegel van de ELT

LISA detecteert zwaartekrachtgolven die worden gegenereerd door gebeurtenissen die observatoria op aarde niet kunnen waarnemen, waaronder interacties tussen superzware zwarte gaten. Voor deze missie draagt TNO BAM OMA bij, een uiterst complex optisch systeem dat bestaat uit vlakke spiegels, bundelsplitsers, glasvezelcollimatoren en periscopen. Deze technologie is essentieel voor de missie en helpt wetenschappers om verschijnselen in het heelal te bestuderen die tot nu toe onzichtbaar waren.

TNO combineert expertise in optisch ontwerp en engineering, precisiemechatronica, systems engineering en de productie van hoogwaardige optica. Met meer dan 60 jaar ervaring in wetenschappelijke instrumentatie en ruimtevaartinstrumentatie werkt TNO samen met onderzoeksorganisaties en industriële partners aan de ontwikkeling, het testen en de industrialisatie van complexe, missiekritieke technologieën voor de astronomie.