Galliumnitride voor het eerst in de ruimte getest door Proba V

Dit nieuwe krachtige materiaal met een grote capaciteit is de meest veelbelovende halfgeleider sinds silicium.

Galliumnitride (GaN) wordt al gebruikt in dagdagelijkse zaken zoals lichtgevende diodes en er is veel belangstelling voor in de wereld van geïntegreerde schakelingen. Het functioneert betrouwbaar bij veel hogere voltages en temperaturen dan silicium of het veel gebruikte galliumarsenide (GaAs).

Toegepast in de ruimtevaart kan GaN voor een ware revolutie zorgen op het vlak van communicatie, aangezien het voor vijf tot tien keer krachtigere satellietsignalen kan zorgen.

GaN kan functioneren bij hogere temperaturen dan silicium of GaAs en daardoor wordt het ontwerpen van een satelliet gemakkelijker, aangezien er maar half zo grote panelen nodig zijn om overtollige warmte af te voeren. Daar komt nog bij dat de halfgeleider van nature uit resistent is voor straling.

Het aanmoedigen van innovatie om het concurrentievermogen van de Europese industrie een duw in de rug te geven is één van de kerntaken van ESA. Het ruimteagentschap heeft galliumnitride gekenmerkt als een belangrijke zogenaamde enabling technology voor de ruimte en richtte een Europees consortium op dat hoogkwalitatieve GaN-apparaten bouwt voor gebruik in de ruimtevaart. Het gaat hier om het GaN Reliability Enhancement and Technology Transfer Initiative, kortweg GREAT²

‘Onze GREAT²-toeleveringsketen produceerde haar eerste prototypes in het begin van dit jaar’, aldus Andrew Barnes, die aan het hoofd staat van GREAT².

‘Tegelijkertijd bood Proba V mogelijkheden om nieuwe technologie te demonstreren. Op die manier kregen we een waardevolle en heel vroege mogelijkheid om apparatuur te testen in een baan om de aarde.’

Proba V is de nieuwste in de reeks kleine Project for Onboard Autonomy-satellieten. Die bieden de mogelijkheid om snel nieuwe technologie van Europese bedrijven tijdens een ruimtemissie uit te testen.

De missie zal een vereenvoudigde versie aan boord hebben van het multispectrale instrument Vegetation, die zich nu aan boord van de Franse kunstmanen Spot 4 en Spot 5 bevindt. Zo zal Proba V instaan voor de verdere levering van opnamen van de vegetatie op onze planeet aan de gerenommeerde gebruikersgemeenschap van het instrument.

Proba V zal dagelijks de vegetatie op de hele aarde in de gaten houden en beelden produceren met een resolutie die drie keer groter is dan bij vorige generaties van de Vegetation-sensor. Dat zal een enorme hoeveelheid gegevens opleveren voor een dergelijke kleine satelliet. Proba V zal immers een volume hebben van minder dan een kubieke meter.

Als gevolg daarvan zullen de antenne voor de communicatie en de zender van Proba V strikt binnen bepaalde afmetingen moeten blijven. Daardoor kan er dan weer een flessenhals ontstaan wanneer men opnamen vanuit een baan om de aarde in de handen van gebruikers wil doen terechtkomen. Bij deze missie wil men dat voorkomen door het gebruik van een compacte en bijzonder efficiënte zender in de X-band, samen met een grote capaciteit van het opslaan van gegevens aan boord van de kunstmaan en technieken voor datacompressie.

‘Er waren een aantal slots vrij voor gasttechnologie , maar we besloten om iets helemaal anders te doen’, verklaart Andrew Barnes.

‘Onder de GREAT²-prototypes is er een ontwerp voor een geïntegreerd circuit in de X-band. We stelden voor dat we, door verschillende verfijningen, aan het oorspronkelijke paar GaAs-zenders van Proba V nog een extra zender in de X-band konden toevoegen met een GaN-versterker, afkomstig uit GREAT².’

Al gauw werd een prototype gebouwd voor tests, met een prototype van een versterker die werd aangebracht in een bestaande zender in de X-band, die voor Proba V werd ontwikkeld in samenwerking met het Franse ruimteagentschap CNES.

Verdere tests van elektrische en kwalificatiemodellen zullen nog gebeuren alvorens het vluchtmodel van de zender over ongeveer een jaar op de satelliet wordt aangebracht met het oog op de lancering in 2012.

‘Het is een mooi resultaat voor Proba V omdat er ruimte blijft voor bijkomende gasttechnologie terwijl de mogelijkheden om te communiceren een enorme boost krijgen’, aldus Karim Mellab, vluchtmanager voor Proba V.

‘Een ander voordeel is dat de energie-output van deze nieuwe zender kan geregeld worden. Daardoor kunnen we het energieverbruik optimaliseren, wat heel belangrijk is voor een satelliet van deze afmetingen.’

De gasttechnologie voor deze missie zal een nieuwe detector zijn voor straling in de ruimte. Het overblijvende slot zal later dit jaar worden toegekend. Proba V krijgt ondertussen snel vorm. Afgelopen maand werd het structurele en thermische model van Proba V getest bij Intespace in Toulouse in Frankrijk.

Het opdoen van ervaring tijdens demonstratiemissies in een baan om de aarde zoals bij Proba V is van essentieel belang om het zogenaamde technology readiness level te versnellen en de weg te openen voor het gebruik van geavanceerde GaN-technologie bij toekomstige ruimtemissies.