|
Оптика для наблюдения за растениями из космоса
|
|
|
|
Когда 15 сентября 2026 года, как и запланировано, в космос отправится миссия ЕКА по наблюдению за Землей FLEX, на борту будут высокоточные оптические компоненты из Йены, Германия. Исследователи из Фраунгоферовского института прикладной оптики и точного машиностроения IOF разработали и изготовили двухщелевой узел на основе кремния, а также два высокоточных зеркала для спектрометра на борту спутника. Спектрометр предназначен для регистрации флуоресценции растений, возбуждаемой солнечным светом с орбиты Земли. Ожидается, что полученные данные позволят по-новому взглянуть на фотосинтетическую активность, состояние здоровья и уровень стресса растительности.
|
|
|
|
Миссия FLEX позволит ответить на вопрос: сколько света излучают растения и что это излучение может рассказать нам о состоянии растений? В основе спутника будет лежать "Спектрометр флуоресцентной визуализации", или сокращенно FLORIS. В отличие от многих других спектрометров, FLORIS работает не с одним световым каналом, а с двумя: один канал обеспечивает получение информации с особенно высоким разрешением на близко расположенных длинах волн, в то время как второй охватывает более широкий диапазон светового спектра. Для этого требуется чрезвычайно точная сборка с двумя щелями.
|
|
|
|
"Сигналы флуоресценции, испускаемые растениями, очень слабы. Чтобы FLORIS мог надежно анализировать эти сигналы, оптические компоненты должны быть изготовлены и собраны с исключительной точностью, — говорит доктор Фальк Кемпер, руководитель проекта FLEX в Институте оптоэлектроники Общества Фраунгофера. «Двойная щель обеспечивает сочетание высокого спектрального разрешения и широкого спектрального охвата. При ее изготовлении мы вышли за рамки технически возможного».
|
|
|
|
|
|
|
Каждая из двух щелей в конструкции, разработанной в Институте оптоэлектроники Общества Фраунгофера, имеет ширину ровно 85 микрометров при длине 44,15 миллиметра, с допустимым отклонением всего в плюс-минус 1 микрометр. Отклонения в большую или меньшую сторону приведут к тому, что на детектор будет попадать слишком много или слишком мало света, что затруднит обработку данных измерений.
|
|
|
|
Для производственного процесса исследователи из Общества Фраунгофера разработали специализированную литографическую технологическую цепочку для структурирования кремниевых пластин. Пластины маскировались, на них наносился рисунок, а затем они подвергались жидкостному травлению с контролем по времени. После этого на щели наносился черный слой для придания им необходимых оптических свойств и минимизации нежелательных отражений.
|
|
|
|
Требуемая точность расположения щелей в механическом держателе предъявляет высокие требования к процессу сборки: чувствительный кремниевый элемент должен быть установлен в держателе с точностью до 5 микрометров и с сохранением параллельности относительно апертур. Плоскостность прорезей должна была составлять менее 10 микрометров. Сочетание подгонки по форме, зажима и склеивания гарантирует, что конструкция выдержит нагрузки при запуске ракеты, включая сильные вибрации, ускорения и колебания температуры.
|
|
|
|
В дополнение к двойной щели, компания Fraunhofer IOF изготовила два зеркала, которые встроены в узел щели. Они направляют падающий свет на детекторы спектрометра. Их поверхности должны были соответствовать требованиям к шероховатости в 0,3 нанометра (среднеквадратичное значение), что примерно соответствует расстоянию между одним и двумя атомами.
|
|
|
|
FLEX расшифровывается как "Флуоресцентный исследователь". Миссия Европейского космического агентства (ЕКА) направлена на создание глобальных карт флуоресценции растений. Эта флуоресценция возникает во время фотосинтеза и может служить показателем того, насколько активно функционируют растения и испытывают ли они, например, засуху, жару или другие стрессовые факторы. Помимо прочего, данные FLEX предназначены для улучшения мониторинга экосистем, сельского хозяйства и лесов, а также для создания новых основ для исследований климата и растительности.
|
|
|
|
Двухщелевой узел был разработан и изготовлен на заводе Fraunhofer IOF по субподряду с компанией OHB System AG. Интеграцией спектрометра и другими подготовительными работами для миссии руководили компании Leonardo S.p.A. и Thales Alenia Space. Миссия осуществляется по заказу Европейского космического агентства.
|
|
|
|
Источник
|
