Dit voorjaar is het exact twee jaar geleden dat de Alpha Magnetic Spectrometer aan boord van de Space Shuttle Endeavour hemelwaarts schoot, waarna astronauten de antimaterie-detector installeerden aan boord van het International Space Station (ISS). Dat de AMS al twee jaar foutloos functioneert, is ondermeer te danken aan de eveneens perfecte werking van het slimme koelsysteem dat het NLR ontwikkelde: het Tracker Thermal Control System (TTCS). Het is maar één voorbeeld van de multidisciplinaire expertise die het NLR op ruimtevaartgebied geeft, of het nu gaat om fundamenteel of toegepast onderzoek.
Het werkingsprincipe van de AMS, geesteskind van de Amerikaanse Nobelprijswinnaar Samuel Ting, is betrekkelijk basaal. Een magneet trekt geladen deeltjes afkomstig uit de dieptes van het heelal aan of stoot deze juist af. Binnenin de magneet bevinden zich siliciumplaten die zijn voorzien van hypergevoelige elektronica die afbuiging van de baan van de deeltjes kan registeren. De inslaglocatie op de zogeheten ‘siliciumtrackers’is exact te deduceren tot de mate en richting van de afbuiging van geladen deeltjes en dus ook tot het feit of het antimaterie betreft.
Een relatief eenvoudig werkingprincipe, maar in de praktijk een zeer complex sensorsysteem. En die complexiteit heeft onder andere te maken met het verkrijgen van de gewenste nauwkeurigheid van de detectie, die ondermeer direct samenhangt met de fysische eigenschappen van de siliciumplaten. De karakteristieken van de detectoren staan namelijk onder sterke invloed van de temperatuur die wisselt doordat het ruimtestation zich beurtelings in de schaduw van de aarde bevindt of in de volle zon. Bijkomend probleem is dat deze blootstelling aan warmte en kou lastig te voorspellen is, aangezien het ISS soms moet uitwijken voor ruimtepuin of de baanroutine moet onderbreken voor het overladen van bemanningen of vracht.
En het gaat niet alleen om de zonnewarmte. Ook de elektronica en andere randapparatuur rondom de AMS genereren warmte. Het NLR ontwikkelde daarom, in samenwerking met het Nationaal Instituut voor Kern- en Hoge Energie Fysica (NIKHEF), een systeem dat het teveel aan hitte afvoert en via een tweetal radiatoren in de ruimte loost. Als transportmedium is voor CO2 gekozen, waarvan de dampstaat een nauwelijks groter volume heeft dan de vloeibare staat. Dit geringe volumeverschil maakt de toepassing van dunne metalen buizen mogelijk, iets dat handig uitpakt bij de strenge grootterestricties die bestaan bij het ontwerpen van apparatuur die in de ruimte wordt gebruikt. Het koelsysteem houdt de detector al 2 jaar lang stabiel op één temperatuur met een nauwkeurigheid van 0.2 graden, terwijl de omgeving tot wel 40 graden per uur kan veranderen.
De sensor én de koelapparatuur zijn het resultaat van een internationaal samenwerkingsprogramma. Zo namen hieraan Amerikaanse, Chinese, Taiwanese en Italiaanse ondernemingen en kennisinstituten deel. De verwachting is dat AMS en de TTCS sinds de ingebruikname in mei 2011 nog minstens 10 jaar actief zal blijven.
Het NLR speelt op ruimtevaartgebied binnen Nederland al decennia een toonaangevende rol.
Bezoek ook onze Warmtehuishouding capability pagina.
De Alpha Magnetic Spectrometer op het ISS
