Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
Interferenzfilter für die Mars-Mission.
Bandpassfilter für Mars-Rover Perseverance
Herausforderung
Bereits 2016 bekam das Fraunhofer IST den Auftrag zur Beschichtung von Bandpassfiltern für die Mission Mars2020. Die Beschichtungsmaterialien mussten dafür bezüglich Strahlungsstabilität vorab charakterisiert werden und der Filter sollte vielen Zyklen im Thermal-Vacuum-Test standhalten. Sie wurden auf ein Glas beschichtet, welches auf den Sensor geklebt werden sollte.
Lösung
Es wurde ein Design für einen Bandpassfilter mit Zentralwellenlänge 950 nm berechnet, welches zudem unter einem Winkel von 15° nur eine geringe Verschiebung aufweist. Dazu wurden aufgrund der Strahlungseinflüsse Tantalpentoxid und Siliziumoxid ausgewählt. Der Schichtstapel umfasste 137 Schichten und eine Gesamtdicke von 14 µm. Die Abscheidung wurde auf dem Produktionssystem EOSS® unter Steuerung und Schichtdickenkontrolle durch die Software MOCCA+® durchgeführt. Anschließend mussten die Quarzgläser zur Erfüllung einer randlosen Beschichtung auf die Größe von 5,1 x 6,3 mm zugeschnitten werden.
Mehrwert
Die Filter konnten alle Vortests passieren und wurden in das RDS-System integriert. In diesem mussten sie über mehrere Jahre noch einmal 3000 thermische Zyklen von -135 auf +45 °C zur Simulation der Missionszeit auf dem Mars passieren. Sie konnten nach der Landung des Rovers Perseverance im Februar 2021 zur Staubanalyse beitragen.
Einblicke ins Projekt
Technologie des Fraunhofer IST auf dem Mars: Der Interferenzfilter ist Bestandteil eines optischen Sensors zur Staubcharakterisierung im »Mars Environmental Dynamics Analyzer«, kurz MEDA.
Spektrale Transmission des Bandpassfilters bei 950 nm, welche für einen Einfallswinkel des Lichts bis 15° optimiert ist
»The sensor is operating really well. All elements of RDS passed a very intensive test we carried-out during 4 years to ensure their survival to more than 3000 thermal cycles from -135 to +45 Celsius deg. That was probably the most demanding qualification test.«
Ignacio Arruego Rodriguez, Projektleiter bei INTA, 22.02.2021, nach der Landung des Rovers.
»Those filters you made are in our Radiation and Dust Sensor, which is safely on Mars since last Thursday. You can (and should) be proud of this fact, to which you have contributed.«
Jose Antonio Rodriguez Manfredi, Projektleiter MEDA-System von INTA, am 24.02.2021.