LINES: Optical Activities - cab.inta-csic.es · El Banco Contiene un espejo con sistema de...
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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
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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.
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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
SEOSAT/INGENIO. Precedentes
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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
SEOSAT/INGENIO. Precedentes
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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
SEOSAT/INGENIO. Precedentes
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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)
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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
SEOSAT/INGENIO. Características
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Características:
EFL: 3570 mm
Apertura: 254 mm
SEOSAT/INGENIO. Características
Características CCD:
2x6000 pixeles, 13 µm
2x1500 pixeles,(4x13 µm)
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SEOSAT/INGENIO. Características
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
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SEOSAT/INGENIO. Características
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
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SEOSAT/INGENIO. Características
Control del Stray-light Tolerancias muy críticas M1-M2 2µm
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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
Folding Mirror(mounted on
tip&tilt gimbal)
Primary Payload
On-axiscollimator mirror
Hartmann-Shackwavefront sensor
Focal PlanePlate Simulator
Pin-holes
˜ ˜˜ ˜
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
Folding Mirror(mounted on
tip&tilt gimbal)
Primary Payload
On-axiscollimator mirror
Hartmann-Shackwavefront sensor
Focal PlanePlate Simulator
Pin-holes
Focal PlanePlate Simulator
Pin-holes Alineamiento óptico mediante Hartmann-Shack:
Para cada FoV
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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)
SEOSAT/INGENIO. Características
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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
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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)
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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
SEOSAT/INGENIO. Características
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PointSource Folding
Mirror
On-axisParabolic
Mirror
PrimaryPayload
Theodolite
Reference mirror
focal focal lenghtlenght ≈≈ 4000 mm4000 mm
5 m
2 m
SEOSAT/INGENIO. Reto
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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
SEOSAT/INGENIO. Reto
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PointSource
FoldingMirror
On-axisParabolic
Mirror
PrimaryPayload
Theodolite
Test Configuration for Camera +Y
FoldingMirror
Test Configuration for Camera -Y
Referencemirror
SEOSAT/INGENIO. Reto
El Banco Contiene un espejo con sistema de movimiento muy fino para asegurar que ambas escenas se ven con simultaneidad
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Caracte
rizando lo
s com
ponentes ó
pticos
Valorado en 350.000 €
SEOSAT/INGENIO. Reto
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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
SEOSAT/INGENIO. Reto
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La calibración requiere una esfera integradora de 1m de diámetro para ensayos radiométricos
SEOSAT/INGENIO. Reto
Los requisitos han obligado a simular el comportamiento de la IS en ASAP
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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
SEOSAT/INGENIO. Características
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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
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PPF: “Primary Payload AIV Facility”
SEOSAT/INGENIO. Sala Limpia
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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
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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
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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