Jupiters månar ska undersökas med terahertzsensor

​En kompakt och känslig terahertz-radiomottagare för rymduppdrag som ESA:s ”Jupiter icy moons explorer” har utvecklats i ett gemensamt europeiskt projekt, lett av Chalmers.

En illustration av mottagaren i "Juice" (Jupiter icy moons explorer), som ska undersöka Jupiter och dess månar.
Bild: ESA och Chalmers

Fjärranalys av gaser och ångor med hjälp av heterodynspektroskopi är ett kraftfullt verktyg inom miljömätningar, astronomi och planetforskning. Speciellt för rymdtillämpningar är kompakta, lätta och robusta heterodyna spektrometrar nödvändiga.

I ett gemensamt europeiskt projekt har en grupp forskare utvecklat en heterodyn terahertzmottagare som uppfyller kraven för rymduppdrag. De har uppnått det genom att minimera antalet komponenter i lokaloscillatorn (LO) i mottagaren, och genom en hög grad av integration av alla dess delkomponenter.

– Den unika terahertzmottagaren är kompakt, lätt, robust och fungerar vid rumstemperatur, säger projektledaren Jan Stake, professor vid Chalmers. Det är nödvändigt för satellituppdrag som ska pågå under många år.

Mottagaren är optimerad för frekvensbandet 520-590 gigahertz, eftersom vattenånga och flera andra viktiga atmosfäriska spårgaser kan identifieras ifrån deras spektrallinjer i det intervallet.

Forskarna har uppnått rekordresultat när det gäller mottagarens förmåga att ta emot svaga signaler. Nyckeln till detta resultat är att använda högpresterande halvledarkomponenter, och på Chalmers har de utvecklat en komplett tillverkningsprocess för membranintegrerade Schottkydioder, som är speciellt lämpliga för terahertztillämpningar.

– Resultaten visar att mottagaren är mycket väl lämpad för fjärranalys av atmosfärer och astronomiska objekt, säger Jan Stake. På grund av mottagarens låga vikt och och förmåga att ta emot svaga signaler är den särskilt lämpad för rymduppdrag som ESA:s Juice (Jupiter icy moons explorer).

Mottagaren är ett direkt resultat av ett projekt som heter Teracomp, ett samarbete mellan europeiska universitet, institut och företag som finansieras av EU-kommissionen.

Inom samarbetet har företaget Omnisys Instruments, som tillverkar avancerad elektronik för rymdtillämpningar, varit ansvarigt för utformningen av terahertzmottagarens blandare och integrationen av alla komponenter i den slutliga mottagaren.

– Tack vare samarbetet och resultaten från Teracomp har Omnisys ytterligare stärkt sin position inom terahertzinstrumentering, säger Martin Kores, vd på Omnisys. Vi har nu valts ut som partner och leverantör av 557-GHz kanalen i det industriella konsortiet för SWI, som är submillimetervågsinstrumentet för Juice-uppdraget.


Mottagarens mått är cirka 17 cm x 3 cm. De tre cirklarna visar från vänster: 1. En mikroskopbild av en 557-GHz Schottky-mixermembrankrets. 2. En mikroskopbild av en 278-GHz HBV frekvenstripplare. 3. Ett foto av en 93-GHz mHEMT MMIC frekvensmultiplikatormodul (x6).

Bild: Chalmers, IAF, Wasa Millimeter Wave


Mer om ESA: s Jupiter icy moons explorer (Juice)

Juice är det första stora uppdraget i European Space Agency´s (ESA:s) program Cosmic Vision 2015-2025. Starten är planerad till år 2022 och ankomsten till Jupiter till år 2030. Juice kommer att tillbringa minst tre år med att göra detaljerade observationer av den största planeten i solsystemet och tre av dess största månar, Ganymedes, Callisto och Europa.

Man tror att dessa månar hyser oceaner av vatten under sina isiga ytor. Juice kommer att kartlägga deras ytor, sondera deras innandömen och bedöma deras potential för att hysa liv i sina hav.
Jupiter och dess isiga månar utgör ett slags mini-solsystem i sig självt, som kommer att ge forskarna chansen att lära sig mer om bildandet av potentiellt beboeliga världar kring andra stjärnor.


Fakta om forskningen

Projektet Teracomp är ett samarbete mellan europeiska universitet, institut och företag som finansieras av EU-kommissionens sjunde ramprogram (FP7). De sju deltagarna är:

  • Chalmers tekniska högskola, Sverige
  • Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics, Tyskland
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Tyskland
  • Technical University of Denmark, Danmark
  • Omnisys Instruments AB, Sverige
  • Wasa Millimeter Wave AB, Sverige
  • Goethe-University Frankfurt, Tyskland  


För mer information, kontakta

Jan Stake, 031-772 18 36, jan.stake@chalmers.se 


Publicerad: må 07 okt 2013.