Precisiebeurs: van ruimtevaartinnovatie tot industriële toepassing

De Einstein Telescoop is misschien wel het bekendste Big Science-project in Nederland bij het grote publiek. Onderzoeksinstellingen, universiteiten en bedrijven werken echter ook aan andere bijzondere projecten voor de ruimtevaart. De opgedane kennis kan uiteindelijk door de Nederlandse precisie-industrie vaak ook in andere sectoren worden toegepast. En één van de projecten die tijdens de Precisiebeurs wordt toegelicht, zorgt er bovendien voor dat straks zo’n 400 tot 500 studenten van mbo tot en met wo met veel praktijkervaring de ruimtevaart ingaan.

Samen met veertien Nederlandse onderwijsinstellingen en partners zoals NLR, Technolution, Airbus en VDL ETG is SRON (Space Research Organisation Netherlands) een uniek project gestart. Binnen het NEBULA-Xplorer-project ontwikkelen en bouwen enkele honderden studenten de komende jaren een complete satelliet met röntgencamera. Als alles volgens plan verloopt, wordt de satelliet eind 2029 of begin 2030 gelanceerd om onderzoek in de ruimte te doen, zodat wetenschappers beter kunnen begrijpen hoe een zwart gat materiaal steelt van een ster die eromheen draait.

Wekenlang zal de NEBULA-Xplorer naar hetzelfde object kijken, iets wat voorheen vrijwel onmogelijk was met de bestaande röntgenobservatoria in de ruimte. “De wetenschappelijke data die we hiermee verzamelen, is de kers op de taart”, aldus Martin Grim, Manager Electronic Engineering bij SRON. Tijdens de Precisiebeurs (12 en 13 november in de Brabanthallen in Den Bosch) geeft hij een lezing over deze NEBULA-Xplorer-missie.

Van CNC-frezen naar wetenschap

Bijzonder aan het project is dat studenten van verschillende Nederlandse onderwijsinstellingen de satelliet ontwikkelen, bouwen en zelfs onderzoek doen. “Samen met alle projectpartners begeleiden we de studenten, maar die studenten bouwen de satelliet met de röntgencamera”, aldus Martin Grim. Het gaat niet alleen om studenten van Nederlandse universiteiten, maar ook om studenten van hogescholen en mbo-opleidingen, zoals de Leidse Instrumentmakers School (LIS).

“In Nederland leiden we zeer intelligente studenten op voor lucht- en ruimtevaarttechniek, maar het is voor de onderwijsinstellingen lastig om hen alle ins en outs van de ruimtevaart bij te brengen voor een echte missie. De ervaring die ze in dit project opdoen, maakt hen na hun studie interessanter voor Nederlandse ruimtevaartbedrijven. Ze kennen dan de specifieke aspecten van werken in de ruimte. Ruimtevaartorganisaties hebben moeite om de juiste mensen met de juiste kennis en vaardigheden te vinden. Door deel te nemen aan ons project bouwen de studenten een voorsprong op wanneer ze later aan de slag gaan.” Martin Grim is ervan overtuigd dat er ook buiten de ruimtevaart vraag naar hen zal zijn.

Polijsttechnologie

In de ruimtevaartindustrie zijn de specificaties anders dan gebruikelijk in de industrie, zelfs in de precisie-industrie. De spiegels die in de Einstein Telescope worden gebruikt, moeten een vlakheid hebben van twee nanometer RMS en een micro-oppervlakteruwheid van beter dan 0,1 nanometer. Cosine Innovations, een Nederlands bedrijf in de lucht- en ruimtevaart dat gespecialiseerd is in optica, ontwikkelt een IBF-technologie (Ion Beam Figuring) voor het polijsten. Deze technologie wordt tot nu toe gebruikt voor het bewerken van waferoppervlakken.

“De spiegel voor de Einstein Telescope wordt gemaakt van silicium, heeft een diameter van 450 mm en een massa van ongeveer 210 kilogram”, aldus Dr. Boris Landgraf, Business Developer bij Cosine. De IBF-technologie van Cosine maakt gebruik van ionen die versneld op het oppervlak worden gebracht om zeer gecontroleerd materiaal te verwijderen. Hoe langer de bundel op één punt wordt gefocust, hoe meer materiaal er wordt verwijderd. Of deze polijsttechnologie voldoende is voor de Einstein Telescope, onderzoeken de medewerkers van Cosine nog. Boris Landgraf: “De consortiumpartners TNO en SRON doen onderzoek naar andere polijsttechnologieën, magnetoreologische afwerking en natchemisch etsen. Misschien moeten we in de toekomst een combinatie van de technieken gebruiken.”

Andere toepassingen

De technologie die in de ruimtevaart wordt gebruikt, gaat vaak een stap verder dan wat je bij een gemiddeld precisiebedrijf ziet. De studenten die de NEBULA-Xplorer-satelliet bouwen, gebruiken voor de spiegels een speciaal proces dat momenteel alleen bij NASA wordt gebruikt. “Maar bij NASA dreigt het door de bezuinigingen te verdwijnen. Dan zijn wij de enigen ter wereld die deze technologie gebruiken”, zegt Martin Grim. Daarvoor moeten studenten, bijvoorbeeld van de LiS, licht conische mallen frezen waaromheen een dunne aluminium strip in exact de juiste vorm wordt gevormd, met een nauwkeurigheid van micro- tot nanometers. Vervolgens worden de spiegels in een aantal stappen gevormd. “Studenten van universiteiten ontwerpen de spiegels, die van hogescholen de productielijn samen met studenten van de LiS”, zegt Grim. Andere studenten onderzoeken momenteel of deze spiegels ook voor andere toepassingen gebruikt kunnen worden, zoals medisch onderzoek. “Of misschien bij ASML?”

Massaproductie voor satelliet

De 65 medewerkers van Cosine in Sassenheim doen niet alleen onderzoek voor de Einstein Telescoop, maar werken ook aan de Silicon Pore Optics (SPO) röntgenspiegels voor de NewAthena ruimtetelescoop. Dit is een project van ESA (European Space Agency). De spiegel is een lichtgewicht constructie met een diameter van 2500 mm. Uiteindelijk moeten hiervoor tot wel 160.000 rechthoekige siliciumplaatjes worden geproduceerd. “We ontwikkelen hiervoor een geautomatiseerde lijn met robots”, zegt Boris Landgraf. Hij studeerde halfgeleiderfysica in Göttingen en Hamburg, maar werkt nu als Business Developer bij Cosine. “Wat we hier ontwikkelen, kan ook in andere industrieën worden toegepast, bijvoorbeeld in de medische industrie, halfgeleiders of kernfusiereactoren.”

Kennis voor de precisie-industrie

Zo komt de kennis die in de ruimtevaartprojecten wordt ontwikkeld uiteindelijk terecht bij de Nederlandse precisie-industrie, mogelijk om in heel andere sectoren te worden toegepast. “Daar kan de precisie-industrie van profiteren”, aldus Boris Landgraf. Netwerken zoals bij de evenementen van Big Science of de Precisiebeurs sluiten hierbij aan, daar worden de contacten gelegd. Dit biedt ook kansen voor kleinere en middelgrote bedrijven. De grootste uitdaging is de nanometernauwkeurigheid. Daarvoor heb je zowel de kennis als de juiste mensen nodig. “Of je nu nanometernauwkeurig wilt positioneren met een product van meters lang of op atomair niveau, maakt nogal wat uit. Je moet dus precies weten welk product je gaat ontwikkelen en waarvoor, en wat het einddoel is.”

Financiering vinden

Voor Martin Grim van SRON is de grootste uitdaging op dit moment niet zozeer de technologie, maar vooral het vinden van voldoende financiering voor de NEBULA-Xplorer. Tot nu toe komen de middelen voornamelijk van de Nederlandse overheid en subsidies voor wetenschappelijk onderzoek. Hij zou graag zien dat het bedrijfsleven het project nog meer steunt, bijvoorbeeld door studenten een deel van de werkzaamheden in het bedrijf te laten doen. “Dat is een dikke sollicitatie van een half jaar. Dan weet je wat de studenten kunnen.”

Op de eerste dag van de Precisiebeurs organiseert SRON een aantal lezingen waarin Big Science-projecten in Nederland worden toegelicht. Dit jaar ligt de focus op de ruimtevaartindustrie, wat aansluit bij de Aerospace & Space-focus van de beurs. Martin Grimm presenteert de NEBULA Xplorer-satelliet, Boris Landgraf het werk dat Cosine doet voor de NewAthena-ruimtetelescoop en de Einstein Telescope.