MEMS-vektor szkennermodul növelt rezgés- és ütésállósággal űralkalmazásokhoz

A Fraunhofer IPMS vektor szkennerei most már alkalmasak az űrben való használatra.

MEMS-vektorszkenner modul csillapított felfüggesztéssel az űrben való működéshez. © Fraunhofer IPMS / MEMS vektor szkenner modul csillapított felfüggesztéssel az űrben való működéshez. © Fraunhofer IPMS

A Galvanoscanner eddig megbízható szolgáltatásokat nyújtott a térbeli optikai kommunikációban vagy a LIDAR-alapú földmegfigyelésben. A jövőben azonban ezeket a rendszereket kisebb és kompaktabb rendszerekkel, MEMS-szkennerekkel lehet helyettesíteni. A Fraunhofer Fotonikus Mikroszisztémák Intézete (IPMS) partnerekkel együtt kifejlesztett egy MiniLIDAR Scanmodul projektet, amelyet a Szövetségi Gazdasági és Klímavédelmi Minisztérium (BMWK) támogatott, és most már űrállóvá tették. Ezeket először a LASER 2025 kiállításon mutatják be, 2025. június 24-27. között Münchenben (Fraunhofer közös stand, Stand Nr. 415, A2 csarnok).

Számos űrbeli alkalmazásban vektorális tükröző aktorokra van szükség a lézerfény eltérítéséhez: például űrhajók csatlakoztatásához az űrállomáshoz (találkozás), autonóm szervizrobotok és önvezető járművek navigációjához, vagy kis műholdakban dinamikus tárgykövetéshez. Az IPMS-nél a MiniLiDAR projekt keretében egy MEMS-vektor szkennermodult készítettek, amely űrben is használhatóvá vált.

A modul egy hibrid integrált 2D-MEMS-véktorszkennert tartalmaz, amely elektromágneses hajtással működik. Egy viszonylag nagy, 5 mm átmérőjű tükörrel rendelkezik, amely kardanizáltan van rögzítve. Ez lehetővé teszi a szkenner számára, hogy nagy, szinte statikus 2D-eltérítési szögeket érjen el akár ±13°-ig (mechanikusan) egy közös forgóponton körül. Ez nagy, 52° x 52°-os látómezőt (Field of View) tesz lehetővé magas pozíciódinamikával és optikai felbontással, miközben az optikai rendszer egyszerűen kialakítható.

Dr. Thilo Sandner, az Aktív Mikrooptikai Komponensek és Rendszerek csoportvezetője az IPMS-nél, optimistán nyilatkozott: „Az új szkenner modul a csillapított rögzítésének köszönhetően most már akár rakétindítás során is sértetlenül túléli az esetleges rázkódásokat. A kifinomult kialakításnak köszönhetően a modul nagyon kicsi a hagyományos galvanométeres szkennerekhez képest, így helyet takarít meg az optikai rendszerben, és körülbelül tízszer kevesebb energiát fogyaszt, ami csökkenti a rendszer költségeit is. Szilárdtest-építésének (fékezésmentes mechanikus csapágyak nélkül) köszönhetően hosszú távon stabil és kopásmentes.”

A MiniLiDAR projektben részt vesz a Jena-Optronik GmbH, hosszú távú űrkutatási tapasztalatával, és felelős az egész LIDAR rendszerért. Az IPMS saját egyedi know-how-ját a MEMS-szkennertükrök és -modulok tervezésében, valamint az automatizált, nagy pontosságú mikromontázsban hozta be a projektbe. Ennek eredményeként sikerült elérni a szükséges robusztusságot a magas sokk- és vibrációállóság érdekében.

Első ipari és projektpartnerek már érdeklődést mutattak az ilyen modulok alkalmazása iránt. A űrön kívül például orvosi diagnosztikában és lézeres kezelésekben, például szemészetben is felhasználhatók. A vastagabb tükörlapnak köszönhetően a tükrök jól alkalmasak magas reflektivitású dielektromos bevonatokhoz, magas pláneritással, így ellenállnak nagyobb lézerteljesítményeknek és impulzusenergia-szinteknek. Most például lézeres jelöléshez is alkalmazhatók. Emellett a szkennertükrök fontos szerepet játszhatnak a szabad tér optikai kommunikációban (FSO). A tudósok várakozással tekintenek a további izgalmas alkalmazások felé, amelyekhez a sokoldalú MEMS-szkennertükröket optimalizálhatják.