ESA's nieuwste radiofrequentietestfaciliteit maakt directe metingen mogelijk van antennesystemen in de zeer vacuümomstandigheden en thermische extremen waarin ze zullen werken, inclusief de kilte van de diepe ruimte. Het zal binnenkort aan het werk worden gezet om de radiometer van de Juice-missie te testen, die bestemd is om de dunne atmosfeer van de grootste manen van Jupiter te onderzoeken.

De onlangs voltooide faciliteit wordt de Lage-temperatuur Near-field Terahertz-kamer genoemd, of Lorentz. Gevestigd bij ESTEC in Nederland, het kan meerdere dagen achtereen hoogfrequente RF-systemen testen, zoals stand-alone antennes en complete radiometers tussen 50 en 1250 Gigahertz in vacuüm van ruimtekwaliteit, in temperatuur van slechts 90 graden boven het absolute nulpunt tot 120 °C.

"Er is niets anders zoals dit in de wereld, ", zegt ESA-antenne-ingenieur Luis Rolo. "Het biedt een geheel nieuwe mogelijkheid bij het testen van RF-antenne.

"De reden dat we het nodig hebben, is omdat belangrijke RF-variabelen zoals brandpuntsafstand en nauwkeurige uitlijning worden beïnvloed door materialen die krimpen bij kou of opzwellen bij warmte. Dienovereenkomstig zijn standaardtests op kamertemperatuur niet representatief in dergelijke omstandigheden - in alle opzichten en doel ze bijna worden als verschillende instrumenten. Dit werd al duidelijk tijdens de Planck-missie van 2009, die bij cryogene temperaturen werkte om microgolfsporen van de oerknal op te vangen."

ESA-antenne-ingenieur Paul Moseley voegt toe:"Maar hoewel de behoefte aan zo'n faciliteit duidelijk is, ontwerpen, het bouwen en afwerken van Lorentz is een enorme uitdaging gebleken. Dit komt omdat terwijl één kant van de kamer zeer hoge of lage temperaturen bereikt, de andere kant moet op kamertemperatuur blijven. De scanner die RF-signaalvermogen en veldpatronen verwerft, moet in stabiele omgevingscondities worden gehouden om betrouwbare, onderling vergelijkbare gegevens."

Lorentz mogelijk maken betekende het lenen van ontwerptechnieken uit de cryogene radioastronomie, samen met diepgaand advies van thermische en mechanische experts van ESA:

"Dit is zo'n multidisciplinair project, met zoveel nieuwe elementen voor ons, als antenne-ingenieurs, " voegt Luis toe "Tijdens de installatie- en inbedrijfstellingsfasen hebben we een opmerkelijke steun gehad van mensen die al vele jaren met cryokamers en complexe mechanische systemen werken, zoals de thermische vacuümteams van ESA en European Test Services en natuurlijk de elektromechanische werkplaats van ESTEC. Hun steun was zeer waardevol en werd zeer gewaardeerd."

De faciliteit is gebaseerd op een roestvrijstalen vacuümkamer met een diameter van 2,8 m. Werken in vacuüm betekende dat de bekende stekelige schuimbekledingen die gewoonlijk worden gebruikt om gereflecteerde signalen in RF-testkamers te dempen, moesten worden vervangen vanwege het risico op 'ontgassing' van verontreinigingen. In plaats daarvan absorbeert en verstrooit zwarte koolstofepoxy met siliciumcarbidekorrels signalen.

Vloeibare stikstof kan in de binnenbekleding van de vacuümkamer worden gepompt om deze te koelen, of afwisselend gasvormige stikstof om de temperatuur op te drijven, meestal gericht op een stabiel 'plateau' voor testdoeleinden.

Het testitem zelf kan tijdens het testen worden gedraaid, aangezien de scanner - waarvan de positie tot op een paar duizendsten van een millimeter kan worden geregeld - zijn signaal registreert vanaf de andere kant van de thermische barrière van de kamer. Geïsoleerd gehouden door meerlaagse isolatie en een luchtspleet, deze thermische barrière kan bewegen om de mobiele scanner door te laten gluren, het bereiken van een gezichtsveld van 70x70 cm.

Lorentz' kamer arriveerde afgelopen september bij ESTEC. Maanden van werk volgden om te integreren, test en voltooi de faciliteit. Er zijn al testcampagnes uitgevoerd, verwachte prestaties te bereiken.

In mei zal Lorentz zijn eerste vluchtitem beoordelen:de Sub-millimeter Wave Imager-radiometer van ESA's Juice-missie, die de schaarse atmosferen van de Galileïsche manen van Jupiter en hun interactie met de Jupiter-atmosfeer en het magnetische veld zal onderzoeken.