Algoritme maakt nieuw, lichter ontwerp voor ruimtetelescoop

Kan moderne toptechnologie een technologisch hoogstandje van vijftien jaar geleden verbeteren? TNO paste nieuwe ontwerpmethoden toe voor een remake van de telescoop van het Ozone Monitoring Instrument (OMI). Het origineel van OMI werd in 2004 gelanceerd en verricht nog steeds metingen aan de atmosfeer van de aarde. De vernieuwde telescoop is lichter, goedkoper en minstens even effectief: “We leveren wereldklasse.”

Floris van Kempen promoveerde op optimalisatietechnieken in Delft: “Met die technieken kun je computers apparatuur laten ontwerpen. De mens stelt alleen de randvoorwaarden. Computers, of liever gezegd algoritmes die gebruikmaken van topologieoptimalisatie, doen het rekenwerk en leveren het ontwerp, een vorm van artificial intelligence dus.” Dat ontwerp is vaak verrassend: “Mensen hebben in de loop van de tijd vaststaande denkpatronen ontwikkeld en de computer doorbreekt die.”

3D-printen van metaal

“Voor die beperkingen in ons denken was wel een goede reden”, zegt Van Kempen: “Je kunt een vernieuwend ontwerp bedenken, maar je moet het ook uitvoeren. Met het volwassen worden van 3D-printen van bijvoorbeeld metaal, is er op dat gebied steeds meer mogelijk.”

“OMI is een instrument dat vanuit de ruimte onder andere metingen doet van het stikstofgehalte in de aardse atmosfeer”

Het is tijd om de combinatie van technologieën in de praktijk te brengen. TNO vervaardigde, samen met andere kennisinstellingen en het internationale bedrijfsleven, een remake van de telescoop van OMI. Dat is een instrument dat vanuit de ruimte met optische spectroscopie onder andere metingen doet en van de ozonlaag en van het stikstofgehalte in de aardse atmosfeer. Van Kempen: “OMI moet uiterst nauwkeurig meten, terwijl in de ruimte op de ene kant de zon staat te branden en de andere kant ijskoud is.”

Zeventig procent lichter

De telescoop met de bijbehorende optiek is het meest kwetsbare deel van OMI. Van Kempen: “De computer leverde een ontwerp dat zeventig procent lichter is, stevig genoeg om de lancering te overleven, makkelijk valt te produceren en te testen en ook nog eens goedkoper is in gebruik. We weten dat door uitgebreide testen op aarde.”

“Onderdelen in het ontwerp, bijvoorbeeld schotjes die dienen als zonnescherm, kregen van het algoritme een dubbelfunctie”

Het nieuwe ontwerp kreeg een onverwachte vorm: “Niet de vierkante doos die mensen zouden ontwerpen. Eerder een kikker of een hond, met ronde, organische vormen. Onderdelen in het ontwerp, bijvoorbeeld schotjes die dienen als zonneschermen, kregen van het algoritme een dubbelfunctie en werden dikker gemaakt. Ze gingen een deel van de mechanische belasting dragen tijdens de lancering, en helpen tijdens de metingen om de temperatuur stabiel te houden.”

“Deze technologie is niet alleen nuttig voor aardobservatie vanuit de ruimte”

Te zien op de Precisiebeurs

Een resultaat van wereldklasse, concludeert Van Kempen: “Het smaakt naar meer. Deze technologie is niet alleen nuttig voor aardobservatie vanuit de ruimte. Alles wat je met een simulatie kunt voorspellen, kun je in principe zo optimaliseren. Om de computer de juiste instructies te geven en het resultaat te interpreteren, moet je wel eerst de achterliggende natuurkunde goed beheersen. Is dat het geval, dan gaat het van pas komen bij alle ontwerpproblemen waarbij de eisen strak zijn.”

TNO ontwikkelde de telescoop in opdracht van ESA, in samenwerking met OHB, Materialise, SRON, IABG en Fraunhofer IFAM. TNO werkt met andere kennisinstituten en het bedrijfsleven aan het verder verkennen van de mogelijkheden van deze innovatieve aanpak. De nieuwe telescoop is te zien op de Precisiebeurs op 13 en 14 november in Veldhoven.