LINES: Optical Activities - cab.inta-csic.es · El Banco Contiene un espejo con sistema de movimiento muy fino para asegurar que ambas escenas se ven con simultaneidad. 05/07/2011

La integración de instrumentos ópticos de gran apertura en el INTA: los retos del programa SEOSAT/INGENIO.

LINES: Optical Activities

� Optical Engineering� Optical Metrology

Tomás Belenguer, Luis Miguel González, Carmen Pastor, David Arrazola, Concepción González, Miguel Sanz, Ana

Ruiz de Gopegui, Lola Sabau

05/07/2011 AstroMadrid Junio 2011 2

SEOSAT/INGENIO. Precedentes

Participación del Área de Cargas Útiles e Instrumentación (ACUI) en el Programa Nacional de Observación de la Tierra SEOSAT/INGENIO

Nov 2004 a Jul 2005 – INTA-CDTI abordan conjuntamente un Estudio de Viabilidad para el desarrollo de un satélite de Observación de la Tierra que incluya un sensor óptico. SENER asume la responsabilidad de la Carga Útil y el Área de Cargas Útiles (ACUI) realiza el diseño óptico del Instrumento (SERVIOLA).

Jul 2005 a Ene 2006 – Con EADS como contratista principal INTA-ACUI realiza, a petición de SENER, el diseño de configuraciones alternativas para el Instrumento Principal de la Carga Útil, el prediseño óptico del Instrumento y la planificación de la fase de Integración y Ensayos.


Dic 2005 – El CDTI anuncia el desarrollo de un satélite propio de Observación de la Tierra, gestionado por ESA, con EADS-CASA como contratista principal y contrata con SENER un estudio de consolidación para la Carga Útil en el que participa INTA-ACUI.

Feb 2006 a Dic 2006 - Estudio de consolidación. Liderado por SENER INTA-ACUI ciertas tareas para la realización de este estudio, entre otras, el diseño óptico del Instrumento Principal de la Carga Útil. (Statement of Work– INTA Contribution to SEOSAT Consolidation Study Proposal – 21-08-2006)

Julio 2007 - ESA convoca una ITT para desarrollar la Carga Útil. SENER prepara su respuesta a la ITT y anuncia a INTA su intención de subcontratar tareas específicas de diseño óptico y la Integración y Ensayos del Instrumento



2007 – INTA-ACUI presenta, a petición de SENER, una oferta por las siguientes tareas:

- Soporte al diseño óptico y revisión- Análisis de luz parásita- Integración y ensayos del Instrumento en INTA,

Ene 2008 – SENER responde a ITT de ESA incorporando en su oferta la propuesta de INTA-ACUI

Jul 2008 – ESA adjudica la Carga Útil a SENER



Nov 2008 – Kick-Off Carga Útil (KO)

Marzo 2009 – System Requirements Review (SRR)

Nov 2009 – Preliminary Design Review (PDR)

Sep 2011 – Critical Design Review (CDR)

Septiembre 2011 - Comienzo Tareas de Integración en INTA.

Feb 2013 – Entrega Carga Útil a EADS-CASA

Actualmente: Fabricación de la Óptica, en procesoDetectores, entregado un modelo de desarrollo



Carga útil de Grandes dimensiones:

Configuración óptica: 2 Sistemas Korsch

Peso: 120-130 Kg

Dimensiones:1450 x 1250 x 1500 mm (TBC)

Requisitos de Limpieza y contaminación muy exigentes: ISO 6 ( Clase 1000)

SEOSAT/INGENIO. Características

Caracteristicas:

Altura Orbital:670 Km (Heliosincrona)

Traza: >55 Km en tierra

Resolución: <2.5 m para Pan

<10 m para MS (B1 azul,B2 verde ,B3 NIR,B4 rojo)


El Instrumento requiere una sala de Integración de grandes dimensiones

Requisitos de ESA:

•Environmental conditions during on-ground: AIV phase 18º ± 3ºC temperature and 55% ± 10% humidity.

•Cleanliness level 1000.

•Assure strictly the Quality Assurance.

•When longer exposure is required a cleaning process of the instrument will be done to recover the cleanliness level.

•Minimize the number of transportation stages



Características:

EFL: 3570 mm

Apertura: 254 mm


Características CCD:

2x6000 pixeles, 13 µm

2x1500 pixeles,(4x13 µm)



22:47:31

1 2

3

4

5 6 7 8 9 10 11

12

13 14 15

16

17 18 19 20 21 22

113.64 MM

+Z +X +Y



1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

MODULATION

15 30 45 60 75 90 105 120 135 150

SPATIAL FREQUENCY (CYCLES/MM)

X Y

KORSCH f/14.48 240mm

DIFFRACTION MTF

29-Jun-11

DIFFRACTION LIMIT Y X (-.021,-0.86) DEG Y X

(-1.19,-0.42) DEG Y X (-.021,0.423) DEG Y X (-1.18,0.847) DEG Y X (0.776,-0.85) DEG

WAVELENGTH WEIGHT 865.0 NM 1 640.0 NM 1 587.5 NM 1 545.0 NM 1 447.5 NM 1

DEFOCUSING 0.00000

Limite por Difracción en todo el espectro



Control del Stray-light Tolerancias muy críticas M1-M2 2µm


SEOSAT/INGENIO. Alineamiento óptico

˜ ˜˜ ˜

Pos1

Pos2

Pos11 Pos

12…

PointSource

Folding Mirror(mounted on

tip&tilt gimbal)

Primary Payload

On-axiscollimator mirror

Hartmann-Shackwavefront sensor

˜̃ ˜̃˜̃ ˜̃

Pos1

Pos2

Pos11 Pos

12…

PointSource


tip&tilt gimbal)

Primary Payload



Focal PlanePlate Simulator

Pin-holes

˜ ˜˜ ˜

Pos1

Pos2

Pos11 Pos

12…

PointSource


tip&tilt gimbal)

Primary Payload



˜̃ ˜̃˜̃ ˜̃

Pos1

Pos2

Pos11 Pos

12…

PointSource


tip&tilt gimbal)

Primary Payload




Pin-holes


Pin-holes Alineamiento óptico mediante Hartmann-Shack:

Para cada FoV




Principales tareas a realizar en este banco óptico:

1. Verificación de requisitos: MTF Óptica (sin detectores).

• Distorsión,• Campo de Vista• Longitud Focal • Transmitancia• Desenfoque, MTF

2. Integración y alineamiento de QM FP (con TC H/W, EDs+VU+VSU y EGSE).

La Verificación del Instrumento exige configurar un banco de ensayos específico: (Primary Payload AIT Facility)



Fase 0 de la Integración:

Verificación de los equipos críticos disponibles y calibración de los existentes:

Las prestaciones deben medirse las máximas prestaciones de los equipos disponibles. (Simulando condiciones reales)

SEOSAT/INGENIO. Retos


SEOSAT/INGENIO. Retos

Fase 0 de la Integración:

Verificación de los equipos críticos disponibles y calibración de los existentes:

0000 50505050 100100100100 150150150150 200200200200 250250250250 30030030030014141414

16161616

18181818

20202020

MT

F (

76

.9 c

c/m

m)

MT

F (

76

.9 c

c/m

m)

MT

F (

76

.9 c

c/m

m)

MT

F (

76

.9 c

c/m

m)

MEDIDA --->9:03MEDIDA --->9:03MEDIDA --->9:03MEDIDA --->9:03

0000 50505050 100100100100 150150150150 200200200200 250250250250 30030030030028282828

30303030

32323232

34343434

36363636

MT

F (

50

cc/

mm

)M

TF

(5

0 c

c/m

m)

MT

F (

50

cc/

mm

)M

TF

(5

0 c

c/m

m)

0000 50505050 100100100100 150150150150 200200200200 250250250250 30030030030028282828

30303030

32323232

34343434

36363636

MT

F (

40

cc/

mm

)M

TF

(4

0 c

c/m

m)

MT

F (

40

cc/

mm

)M

TF

(4

0 c

c/m

m)


Compromiso: Asegurar unas medidas de MTF mejores del 1% al 3%.

Control obligado de la estabilidad en temperatura y del nivel devibraciones de la Sala.

Se requiere un sistema de adquisición de medida que sea teleoperado para no interferir en los resultados

Primera fase de la integración:

Verificación de una Cámara individualmente



PointSource Folding

Mirror

On-axisParabolic

Mirror

PrimaryPayload

Theodolite

Reference mirror

focal focal lenghtlenght ≈≈ 4000 mm4000 mm

5 m

2 m

SEOSAT/INGENIO. Reto


Segunda Fase de la Integración:

Alineamiento de los dos Instrumentos:GTW, PP FoV, alineamiento con los cubos de referencia, etc…

El alineamiento entre cámaras requiere un banco Óptico de grandes dimensiones

El solape entre Cámaras (2.34º) es muy critico



PointSource

FoldingMirror

On-axisParabolic

Mirror

PrimaryPayload

Theodolite

Test Configuration for Camera +Y

FoldingMirror

Test Configuration for Camera -Y

Referencemirror


El Banco Contiene un espejo con sistema de movimiento muy fino para asegurar que ambas escenas se ven con simultaneidad


Caracte

rizando lo

s com

ponentes ó

pticos

Valorado en 350.000 €



La calibración requiere una esfera integradora de 1m de diámetro para ensayos radiométricos

1.75 m

1.5 m

300 mm de puerto de salida(adaptación a SEOSAT/INGENIO)

Grandes dimensiones: 1m diámetroUniformidad en la radiancia mejor de

98%Calibración: muy critica se ha realizado

un plan propio controlado por INTA



La calibración requiere una esfera integradora de 1m de diámetro para ensayos radiométricos


Los requisitos han obligado a simular el comportamiento de la IS en ASAP


Principales tareas de ensayos comunes:

Test Funcional en ambiente para verificar prestaciones.

Test de prestaciones completas incluyendo los EGSE.

Verificación de la calidad ópticaMTF electro-opticaDistorsiónFoV, co-registración, factor de rechazo fuera de banda espectral...

Verificación de la calidad Radiometrica:Resolución RadiometricaSNRRango Dinámico

En general: Plan de pruebas muy intensivo que requiere el trabajo continuado y diario de un equipo multidisciplinar de INTA-SENER-THALES, 2011-2013



PPF: “Primary Payload AIV Facility”

IntegrationIntegrationArea ISO 6 (1000 Class )Area ISO 6 (1000 Class )

400 m400 m22

Facilities PlatformFacilities Platform

Ya en uso

SEOSAT/INGENIO. Sala Limpia


PPF: “Primary Payload AIV Facility”

SEOSAT/INGENIO. Sala Limpia


SEOSAT/INGENIO. Ensayos en Vacío

EGSE

E2E FeedthroughHSSP

Camera

PP cables

TVC-04Vacuum Chamber

E2EController

THERMAL VACUUM CHAMBER TVC-04- Chamber with usable dimensions of 4 x 4 x 4m (- 175 ºC, + 160 ºC) - Vacuum better than 10ֿ6 mbar - Assembly room and chamber: Clean area C8- Temperature variation @ 2ºC/min- Control Channels up to 50- Acquisition channels up to 400


SEOSAT/INGENIO. Cubos de Alineamiento

Cubos de Alineamiento:Compleja ubicación de los cubos en cada cámaraCompleja ubicación de los cubos entre cámarasAlineamiento de las cámaras con Plataforma


Conclusiones:

La carga útil de Seosat/Ingenio es muy compleja y requiere un equipo técnico dedicado en exclusiva a la integración y caracterización del instrumento

Los requisitos de limpieza y contaminación, impuestos por ESA, obligan a contar con clase ISO 6 (Clase 1000) de grandes dimensiones que permita la manipulación de instrumentos de gran apertura y focal.

Se ha adquirido y caracterizado equipos y bancos ópticos especiales para la caracterización de instrumentos

La Infraestructura que requiere Seosat/Ingenio permitirá al INTA liderar/participar en proyectos de integración óptica de grandes aperturas

SEOSAT/INGENIO. Conclusiones


Thanks….

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LINES: Optical Activities - cab.inta-csic.es · El Banco Contiene un espejo con sistema de movimiento muy fino para asegurar que ambas escenas se ven con simultaneidad. 05/07/2011