Προγράμματα που σχετίζονται με τη διαστημική οπτική και μηχανική
Light Detection and Ranging System (LIDAR) performance modelΣτο πλαίσιο της ερευνητικής μου δραστηριότητας στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (European Space Agency - ESA), εργάστηκα ως οπτικός μηχανικός στις κορυφαίες εργαστηριακές εγκαταστάσεις του European Space Technology Center (ESTEC) στην Ολλανδία. Η πρώτη δραστηριότητα με την οποία ασχολήθηκα την περίοδο 2009-2010 στο Mechatronics and Optics Division (TEC-MMO) υπό την καθοδήγηση του Joao Pereira do Carmo αφορούσε την ανάπτυξη ενός λογισμικού για τον έλεγχο της απόδοσης ενός LIDAR (Light Detection and Ranging System), στο οποίο θα δοκιμαστούν εφαρμογές όπως το Rover, Lander και Rendezvous and Docking σε διαστημικά σκάφη σε τροχιά. Τέτοιες εφαρμογές θα φανούν χρήσιμες για μελλοντικές αποστολές στον Άρη ή στη Σελήνη (Moon NEXT, ExoMars, Mars Sample Return).
Τα LIDAR μπορούν να δοκιμαστούν σε εφαρμογές όπως Rover, Lander και Rendezvous and Docking σε διαστημικά σκάφη σε τροχιά. Προσομοιώσεις και λογισμικά μοντέλα είναι είναι απαραίτητα για τη μελέτη διαστημικών εφαρμογών πριν την κατασκευή τους.
Laser Diode Characterization Bench
Το 2010 εργάστηκα στο Opto-electronics MME Laser Diode Lab, υπό την καθοδήγηση των Bruno Sarti και Michael Bacher. Ένα πλήθος διόδων laser υψηλής ισχύος έπρεπε να ελεγχθούν στο Laser Diode Characterization Bench, ώστε να εξαχθούν οι οπτικές τους ιδιότητες (φάσμα, οπτική ισχύς) σαν συνάρτηση της θερμοκρασίας λειτουργίας και την εφαρμοσμένη τάση/ένταση λειτουργίας. Παράλληλα με αυτήν τη δραστηριότητα συμμετείχα στην ετοιμασία του ESA Support Mobile LIDAR (ESMOL), σε συνεργασία με τον Γεώργιο Τζερεμέ. Το φορητό αυτό LIDAR λειτουργεί σήμερα στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών στο Θησείο και μετρά ατμοσφαιρικά μικροσωματίδια.
Το Laser Diode Characterization Bench (αριστερά) και το ESA Support Mobile LIDAR (ESMOL) είναι μέρος των δραστηριοτήτων μου στο ESTEC κατά την περίοδο 2010-2011.
PROBA-3 satellite, ο Γιγάντιος Ευρωπαϊκός Στεμματογράφος
Το 2011 εργάστηκα στο πρόγραμμα κατασκευής του δορυφόρου PROBA-3, γνωστό και ως "Construction of the European Giant Coronograph", υπό την καθοδήγηση του Dominic Doyle. Στο πρόγραμμα αυτό αντιμετώπισα πολλά επιστημονικά ζητήματα στην κατασκευή του δορυφόρου αυτού, έπρεπε να γίνει έλεγχος των αποτελεσμάτων μας με αυτά από άλλα εργαστήρια όπως το LAM (France) και INAF-OATo (Italy) όσο αφορά το σχήμα και η μορφή του χείλους στο ένα τμήμα του δορυφόρου που θα αποκρύπτει τον Ηλιακό δίσκο. Το Πανεπιστήμιο Αθηνών συμμετέχει επίσης σε αυτό το πρόγραμμα, υπό την καθοδήγηση του Καθηγ. Κ. Τσίγκανου.
Ο δορυφόρος PROBA-3 είναι ο γιγάντιος στεμματογράφος της ESA και αυτήν την περίοδο βρίσκεται υπό κατασκευή.
Μελέτη του φαινομένου της θερμικής εστίασης (Thermal Lensing)
Ως μεταδιδάκτορας ερευνητής στην ESA συμμετείχα κατά τη διάρκεια της περιόδου 2011-2012 στη μελέτη του φαινομένου της θερμικής εστίασης (Thermal Lensing), το οποίο εμφανίζεται στους κρυστάλλους laser με Nd:YAG. Το πρόγραμμα αυτό ξεκίνησε με αφορμή τα διαστημικά προγράμματα της ESA που φέρουν LIDAR στο εδωτερικό τους (ADM-Aeolus, EarthCARE-Atlid), και έγινε υπό την καθοδήγηση του Errico Armadillo. Η μελέτη αυτή ήταν ένα μέσο κατανόησης της σταθερότητας της δέσμης laser στις εφαρμογές των LIDARS, ως αποτέλεσμα των θερμικών και μηχανικών τάσεων. Στη διάρκεια της έρευνας δημιουργήθηκε ένα μοντέλο προσομοίωσης (λογισμικό), χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία Finite Element Model (FEM), ενώ παράλληλα τα θεωρητικά αναμενόμενα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με τις πραγματικές μετρήσεις της δέσμης laser από το εργαστήριο.
Το φαινόμενο της θερμικής εστίασης μελετήθηκαν στα εργαστήρια της ESA/ESTEC, παρέχοντας πληροφορίες για την σταθερότητα της δέσμης laser κατά τη λειτουργία της σε εφαρμογές των LIDAR. Η σχεδίαση και κατασκευή του εξοπλισμού, καθώς και το πρόγραμμα προσομοίωσης πραγματοποιήθηκε από τον Δρ. Κ. Γαζέα. Η σύγκριση των πειραματικών μετρήσεων με τα αναμενόμενα αποτελέσματα είναι αξιοσημείωτη.
Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems (MOEMS)
Τα Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems (MOEMS) είναι μια νέα τεχνολογία, η οποία μειώνει δραστικά το μεγεθος και τη μάζα των συστημάτων σάρωσης στα LIDAR. Είναι σχεδιασμένα ειδικά για εφαρμογές σάρωσης. Ένα μικροσκοπικό κάτοπτρο κρυσταλλικού πυριτίου με επίστρωση αλουμινίου με τυπικές διαστάσεις 1-3 mm και πάχος μόλις 20-30 μm λειτουργεί σαν ανακλαστική επιφάνεια για μια δέσμη laser. Υπάρχουν πλέον αρκετά MOEMS στην αγορά, τα οποία πληρούν τις προϋποθέσεις για τις περισσότερες διαστημικές εφαρμογές, όπως είναι η σάρωση σε ευρύ πεδίο, μεγάλες συχνότητες σάρωσης, μικρός θόρυβος και ηλεκτρική κατανάλωση και φυσικά μικρό βάρος. Ο σκοπός της δουλειάς μου στο πεδίο αυτό ήταν να μελετήσω τις προδιαγραφές των MOEMS για τη δημιουργία μοντέλου προσομοίωσης ενός LIDAR απεικόνισης (σάρωση, μέτρηση απόστασης και δημιουργία τριδιάστατης εικόνας).
Τα MOEMS είναι βασικά σχεδιασμένα για εφαρμογές σάρωσης, αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία απεικονιστικών LIDAR.
Laser Optical Communication with NASA/LADEE satellite
Από το 2012 είμαι επιστημονικός σύμβουλος της ESA σε θέματα οπτικών διαστημικών εφαρμογών. Το 2013 συμμετείχα στην ομάδα υποστήριξης της αποστολής NASA/LADEE, σε συνεργασία με τον Zoran Sodnik. Η αποστολή LADEE αποτελείται από έναν δορυφόρο της NASA, ο οποίος έχει τεθεί σε τροχιά γύρω από τη Σελήνη με σκοπό τη μέτρηση μικροσωματιδίων στο γειτονικό περιβάλλον του φυσικού μας δορυφόρου. Η ομάδα μας είχε αναλάβει την κατασκευή και προετοιμασία του εξοπλισμού (στα εργαστήρια της ESA/ESTEC) που θα χρειαζόταν για την οπτική επικοινωνία του δορυφόρου LADEE με τη Γη, στον επίγειο σταθμό της ESA (ESA Optical Ground Station - OGS) στην Τενερίφη της Ισπανίας. Μέρος του εξοπλισμού (πομπός κατευθυνόμενης δέσμης laser) κατασκευάστηκε εξ ολοκλήρου από τον Δρ. Κ.Γαζέα και εγκαταστάθηκε στην Τενερίφη. Οι δοκιμές έγιναν με επιτυχία και έγινε εφικτή η οπτική επικοινωνία (με laser) της Γης με έναν δορυφόρο σε τροχιά γύρω από τη Σελήνη, σε απόστση περίπου 384.000 km. Αυτή είναι η πρώτη φορά που έχει επιτευχθεί οπτική επικοινωνία σε τότο μεγάλη απόσταση, ενώ το προηγούμενο ρεκόρ κατείχε η οπτική επικοινωνία δύο δορυφόρων σε τροχιά, σε απόσταση περίπου 3000 km.
Ο επίγειος οπτικός σταθμός της ESA στην Τενερίφη είναι εξοπλισμένος με το laser transmitter, ο οποίος κατασκευάστηκε το 2013 στα εργαστήρια της ESA/ESTEC. Ένα πράσινο laser σκοπεύει δοκιμαστικά τη Σελήνη, μέσω του τηλεσκοπίου στο σταθμό OGS στην Τενερίφη, το 2014.
Οι συνεργάτες σε προγράμματα της ESA και σε σχετικές ερευνητκές εργασίες είναι:
Δημοσιεύσεις και αναφορές που έχουν προκύψει από ερευνητικά προγράμματα της ESA:
