ESA doet niet aan routine. Nergens is dit meer waar dan voor de wetenschap, waar het doel van elke nieuwe missie is om het universum op nieuwe manieren te observeren. Er zijn nieuwe technologieën nodig om dergelijke missies mogelijk te maken, vele jaren van tevoren. ESA's Directoraat voor Technisch en Kwaliteitsbeheer is belast met het anticiperen op dergelijke behoeften, om de juiste technologie op het juiste moment beschikbaar te maken, en eventuele technische problemen op te lossen die zich tijdens de ontwikkeling voordoen.

De wetenschappelijke behoefte was duidelijk aan een meer capabel röntgenobservatorium om 10 tot 100 keer dieper in de kosmos te tasten, om de heetste te observeren, hoogenergetische hemellichamen. ESA koos ervoor om de Athena-missie te ontwikkelen, voor lancering in 2028. Maar de missie vereiste een geheel nieuwe röntgenoptica-technologie.

Energetische röntgenstralen gedragen zich niet als typische lichtgolven; ze kunnen niet worden weerspiegeld in een standaard spiegel. In plaats daarvan kunnen ze alleen worden gereflecteerd in ondiepe hoeken, als stenen die langs het water scheren. Er moeten dus meerdere spiegels op elkaar worden gestapeld:de in 1999 gelanceerde XMM-Newton van ESA heeft 174 vergulde nikkelspiegels die in elkaar zijn genesteld. Athena heeft echter tienduizenden dicht opeengepakte spiegelplaten nodig - de oude technologie liep op zijn limiet, en er moest een veel lichtere oplossing worden gevonden.

Het resultaat was 'silicon pore optics' – een technologie die hier bij ESTEC letterlijk is ontwikkeld, waarbij ESA het patent deelt met de oprichter van Cosine Research, het bedrijf dat het momenteel ontwikkelt. Het idee is om industriële siliciumwafels te stapelen, normaal gebruikt om halfgeleiders te vervaardigen.

Deze wafels beschikken al over de nodige stijfheid, oppervlakken met een lage massa en supergepolijste oppervlakken - die praktisch vlak zijn op atomaire schaal - en zelfs gemakkelijk hechten wanneer ze bij elkaar worden geplaatst. Het belangrijkste punt is dat de halfgeleiderindustrie deze wafers al beschikbaar heeft gemaakt tegen een belachelijk lage prijs, terwijl we de machines en processen beheersen die we nodig hebben. We zitten dus echt op een bestaande golf van terrestrische R&D.

Veel potentiële problemen zijn al opgelost binnen de technologische ontwikkelingsactiviteiten van ESA. Onze wafels hebben groeven erin gesneden, het verlaten van verstijvende ribben, om de 'poriën' te vormen die de röntgenstralen passeren. Na te zijn gecoat met reflecterend metaal zijn ze klaar om te stapelen. Dit ribbelen wordt uitgevoerd door de apparatuur aan te passen die normaal wordt gebruikt om wafels in afzonderlijke chips te dobbelen, behalve dat we niet volledig door het silicium snijden.

Het stapelen is het meest innovatieve onderdeel van het productieproces, waar het grootste deel van onze investering naartoe is gegaan – het gebruik van een robotarm in een cleanroom-omgeving om stofverontreiniging te voorkomen, gericht op een duizendste van een millimeter schaalprecisie. De geribbelde wafels moeten met net genoeg kracht tegen elkaar worden gedrukt om ze te laten hechten zonder te breken. Hun uitlijning wordt onmiddellijk daarna gecontroleerd met behulp van een optisch meetsysteem. De stapels moeten een lichte kromming volgen, taps toelopend naar het gewenste punt. Deze stapels worden vervolgens in modules gelijmd met behulp van standaard voor de ruimte gekwalificeerde lijm. Vervolgens testen we deze modules in synchrotronfaciliteiten voor röntgenstralen.

De technologie is nog niet volledig gekwalificeerd voor de ruimte - hij moet nog steeds schoktests doorstaan, naast andere omgevingstests, en we moeten laten zien dat de modules kunnen worden afgestemd op de precisie die Athena nodig heeft, maar het is de basislijn van de missie.

Siliciumporie-optica begon via een eerste TRP-project, waar we de fundamentele haalbaarheid ervan onderzochten. R&D werd vervolgens ondersteund via het eigen Core Technology Programme van Science, met voortdurende betrokkenheid van de TEC. Hoewel de lancering 12 jaar ver weg is, we moeten drie tot vier jaar eerder de complete vliegspiegel leveren, om het testen en integreren ervan mogelijk te maken, en we hebben nog honderden modules – en resterende technische uitdagingen – te gaan.