I ricercatori di Jena e Friburgo hanno sviluppato congiuntamente un nuovo tipo di telescopio a specchio da utilizzare sulla Stazione Spaziale Internazionale. I risultati che lo strumento di misura fornirà in futuro dovrebbero, tra le altre cose, fornire risposte ai cambiamenti climatici e facilitare l’uso efficiente dell’acqua in agricoltura. Lo strumento inizierà il suo viaggio nello spazio nel febbraio 2022. Lo sviluppo del telescopio è stato finanziato dal “Digital Innovation Hub Photonics“, un’iniziativa della Turingia per promuovere progetti di start-up nel campo dell’ottica e della fotonica.
Il cambiamento climatico ci pone naturalmente di fronte ad enormi sfide. Uno di queste riguarda sicuramente la risorsa acqua. Al fine di consentire una gestione più efficiente delle risorse in futuro, in particolare in agricoltura, il Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF di Jena e il Fraunhofer Institute for High-Speed Dynamics, Ernst-Mach-Institut, EMI, a Friburgo, hanno collaborato con le società SPACEOPTIX e ConstellR, entrambe spin-off della Fraunhofer-Gesellschaft, per sviluppare un nuovo telescopio a specchio, il quale fa parte di uno strumento che misurerà il ciclo dell’acqua del pianeta dalla ISS. Una termocamera a infrarossi verrà utilizzata per misurare la temperatura della superficie terrestre del nostro pianeta.
Nuove immagini satellitari forniscono risposte ai cambiamenti climatici
Le immagini satellitari svolgono già un ruolo importante nella raccolta di informazioni sull’ecosfera del nostro pianeta e la loro importanza continua a crescere. Questi dati, ottenuti dallo spazio, forniscono informazioni sulla sua geologia, sui fenomeni meteorologici e sui cicli di produzione agricola, giusto per citare qualche esempio. Dati nuovi, significativi e diversificati dall’osservazione della Terra sono ora indispensabili per fare previsioni tempestive e affidabili sui raccolti, ad esempio, a causa degli effetti difficili da prevedere dei cambiamenti climatici.
Per ottenere informazioni così aggiornate e accurate con un’elevata risoluzione spaziale e copertura temporale, i dati globali e locali saranno quindi ottenuti nel prossimo futuro da sciami di satelliti, le cosiddette costellazioni di satelliti. La dimensione di una costellazione di satelliti varia da dieci a diverse centinaia di satelliti identici. Per la realizzazione economica di queste costellazioni, uno sciame sarà composto da satelliti molto piccoli, i cosiddetti microsatelliti delle dimensioni di una scatola da scarpe. Questi sono potenti e resistenti grazie alla continua miniaturizzazione della tecnologia necessaria.
Stretta collaborazione tra gli Istituti Fraunhofer e i loro spin-off
Con la realizzazione di una costellazione di satelliti nello spettro dell’infrarosso termico – come si legge sul sito web di Fraunhofer IOF -, la start-up ConstellR GmbH, con sede a Friburgo e spin-off di Fraunhofer EMI, si è posta l’obiettivo di colmare una lacuna rilevante nell’osservazione della Terra: “In questo intervallo spettrale, la temperatura superficiale può essere misurata in modo molto preciso come variabile chiave nella descrizione del nostro ambiente”, spiega Marius Bierdel, CTO di ConstellR GmbH. “Questa conoscenza può essere utilizzata, ad esempio, per monitorare il fabbisogno idrico delle colture in agricoltura e utilizzarla per prevedere i raccolti accurati”.
Finanziata dal Ministero federale tedesco per gli affari economici e l’energia, il primo passo verso la costellazione pianificata, la tecnologia ConstellR sarà dispiegata sulla Stazione Spaziale Internazionale ISS nella primavera del 2022. Tra le altre cose, la parte ottica dello strumento di misura, costituito da un telescopio in metallo con specchi a forma libera, sarà dimostrato durante la missione. Il telescopio è stato realizzato in collaborazione tra i Fraunhofer Institutes EMI e IOF e le loro spin-off ConstellR GmbH e SPACEOPTIX GmbH.
Il design del telescopio opto-meccanico è stato sviluppato al Fraunhofer IOF. “L’istituto ha una vasta esperienza nello sviluppo di ottiche ad alte prestazioni per l’uso nello spazio“, afferma il dott. Matthias Beier, CEO di SPACEOPTIX GmbH. “La produzione degli specchi, della struttura del telescopio e dei componenti strutturali meccanici del carico utile totale opto-meccanico ha avuto luogo nei nostri stabilimenti di produzione. Come spin-off di Fraunhofer IOF, siamo specializzati nella produzione in serie di ottiche metalliche per applicazioni spaziali”.
Il progetto per lo sviluppo del telescopio è stato finanziato dal progetto pilota “Digital Innovation Hub Photonics” (DIHP), un’iniziativa sostenuta dal Libero Stato della Turingia per promuovere progetti di start-up nel campo dell’ottica e della fotonica. Il capo del DIHP, il dott. Sebastian Händschke, afferma: “Questa cooperazione e il risultato presentato sono un ottimo esempio dell’intenzione del DIHP e della collaborazione con gli spin-off“. Le due start-up ConstellR e SPACEOPTIX hanno vinto ciascuna 50.000 euro in finanziamenti per la ricerca al secondo Elevator Pitch del DIHP nel gennaio 2020, che ora è stato utilizzato per sviluppare il telescopio a specchio a forma libera al Fraunhofer IOF.
Da Jena a Friburgo in Texas – proseguendo nello spazio
Dopo il successo dell’integrazione e della caratterizzazione ottica, il telescopio è stato consegnato a Fraunhofer EMI e alla società ConstellR di Jena nel settembre 2021. Dopo aver trasportato il telescopio a Friburgo, i componenti elettronici e un rivelatore saranno ora assemblati e l’intero strumento di misura sarà sottoposto a test. Lo strumento dovrebbe essere trasportato al sito di lancio a Houston, Texas, USA, nel novembre 2021, prima di volare verso la Stazione Spaziale Internazionale con il volo NG-17 il 19 febbraio 2022.