Sensorer och instrument
Här används mikrotekniken antingen för att göra ned till tusendelen så stora versioner av standardinstrument, eller för att möjliggöra mätningar med hittills outnyttjade tekniker, eller för att kunna mäta i aggressiva miljöer. Några exempel.
- Optogalvanisk spektroskopi
- Mikromagnetometrar
- Sensorer för höga temperaturer
Optogalvanisk spektroskopi
Förekomsten av olika gaser och deras inbördes isotopsammansättning är viktiga parametrar för förståelsen av vårt solsystems historia. De flesta rymdresor till andra himlakroppar i solsystemet har därför burit med sig olika typer av spektrometrar för att genomföra sådana mätningar, och behovet av nya, avancerade instrument väntas vara fortsatt stort, även om nästa generations instrument kommer att tvingas uppfylla allt striktare krav på känslighet, storlek, vikt och effektförbrukning.
Detta projekt kretsar kring en laserspektrometer som utnyttjar den så kallade optogalvaniska effekten för att kartlägga förekomsten av olika ämnen utifrån på deras unika vibrationsmönster i det infraröda spektrumet. Ett sådant instrument kan göras både litet och robust, vilket är av yttersta vikt om det ska användas i rymden, utan att för den sakens skull ge avkall på prestanda. Litenheten, tillsammans med den höga känsligheten och den låga effektförbrukningen gör optogalvaniska laserspektrometrar utmärkta kandidater för att få följa med på framtida rymdresor till Mars, Venus eller kanske till Jupiters och Saturnus månar.
På ett mer konkret plan syftar projektet till att undersöka hur en innovativ optogalvanisk detektor som uppfunnits av forskargruppen kan kombineras med en kvantkaskadlaser och ett miniatyriserat system för provhantering för att skapa en kraftfull men samtidigt flexibel plattform för detektion och isotopanalys av en mängd olika molekyler, och hur detta instrument kan förberedas för rymdbruk.
Mikromagnetometrar
Målet med projektet är att undersöka hur magnetoresistiva sensorer kan användas i rymden. Dessa bygger på samma teknik som läser informationen från en hårddisk och kan göras extremt små. Våra minsta sensorer är bara bråkdelar av en millimeter stora, och tillsammans med nödvändig elektronik kan de sammanfogas till ett helt system för magnetfältsmätning – en magnetometer – lämplig för användning i rymden.
En legitim fråga är naturligtvis varför det är intressant att skicka ut ett sådant instrument i rymden? De flesta vet säkert att jorden har ett eget magnetfält men inte att det skapar vad man kan likna vid en magnetisk bubbla som skyddar jorden från farlig strålning från exempelvis solen. Nära de magnetiska polerna är dock bubblan svagare och ibland lyckas strålningen där tränga igenom och nå ned till atmosfären. Då uppstår vad vi kallar norrsken. Många upplever norrskenet som ett spännande himlafenomen men faktum är att det kan vara farligt, speciellt för olika elektriska system. Bortsett från att orsaka strömavbrott, har de starka magnetfältsfluktuationer som förknippas med norrskenet setts påverka säkerhetssystemen i järnvägsnätet och orsaka problem för flygplan och satelliter. Att förstå de processer som förknippas med norrsken och jordens magnetfälts samverkan med solen är därför av största vikt för vårt moderna samhälle.
Vi har tillverkat flera olika sorters magnetometrar varav en gjorde sin jungfrufärd med den vietnamesiska sateliten F-1 (bilden) 2011 och en annan nu görs flygfärdig för att följa med på den japanska sateliten RISESat..
Sensorer för höga temperaturer
En av bristerna hos kisel, som är det mest använda materialet i mikrosystemteknik, är att det mjuknar vid höga temperaturer. I sig behöver detta inte innebära problem, men om kiselbaserade komponenter samtidigt utsätts för mekanisk påverkan eller, vilket alltid är nödvändigt, innehåller också andra material som skapar interna spänningar, förstörs komponenten eller åtminstone förloras prestanda. Det medför att en rad intressanta och angelägna behov inte kan tillfredsställas. Till exempel kan inte vulkanologer använda sig av konventionella mikrosensorer för på-platsen-mätningar i aktiva vulkaner. Och inte heller finns det bra alternativ för den som behöver mäta tryck, temperatur och gasflöden i jetmotorer eller andra förbränningsmiljöer.
Avdelningen studerar och utvecklar därför komponenter i mer beständiga material, till exempel zirkoniumoxid och aluminiumoxid. Det är ett mödosamt arbete som ofta kräver att kiselteknikens mogna processteknik måste överges och helt nya verktyg tas fram innan man ens har komponenter att studera.
ÅSTC forskar på temperatur-, tryck- och flödessensorer för temperaturer kring 1000°C. Inte sällan råder god synergi med forskningen på raketmotorer i mikroskala där komponenterna integreras i mikrofluidala system för att dessa nyckelparametrar ska kunna mätas kontinuerligt under drift. I ett annat fall integreras de i provhanteringssystem där ett prov ska förbrännas och analyseras spektroskopiskt.
Figuren visar ytterligare ett exempel. Där är sensorn försedd med en antenn så att ett tryck på många bar kan läsas av trådlöst vid höga temperaturer. På så sätt undviker man problem som uppstår i anslutningar och genomföringar.