Project R-13922

Kwantumtechnologie voor ruimtewetenschap (Onderzoek)

Het voorgestelde onderzoek profiel beoogt het opzetten van een duurzame onderzoekssamenwerking tussen de Ruimtefysica bij BIRA-IASB en de Quantum groep van de UHasseltp het gebied van quantum technologie gebaseerde ruimte-instrumentatie. Beperkingen van de doelstellingen en prestaties van de ruimtewetenschap houden verband met de kenmerken van de instrumentatie (bv. gevoeligheid, bemonsteringsfrequentie, massa, vermogen, kosten, huisvestingsbeperkingen, enz.) Het principe van de kwantumdetectiemethode biedt de mogelijkheid om nieuwe ruimte-instrumenten te ontwikkelen die verder gaan dan de huidige klassieke sensoren, waardoor unieke metingen kunnen worden verricht. Bovendien heeft de kwantumtechnologie het potentieel om de kosten, de massa en de en complexiteit (bv. nabewerking en kalibratie) van de instrumenten te verminderen en tegelijkertijd betere prestaties te leveren. Deze samenwerking zal onder meer gericht zijn op diamant gebaseerde magnetometrie. De kwantumbeginselen maken een ongekende gevoeligheid mogelijk (theoretische waarde van 10 fT/sqrt(Hz) of lager), kunnen temperatuuronafhankelijk zijn, offsetvrije detectie mogelijk maken en brede spectrale analysemogelijkheden bieden (van sub-Hz tot 20 GHz). UHasselt - IMOMEC heeft reeds een eerste versie ontwikkeld en getest van een kwantummagnetometer die gebruik maakt van de foto-elektrische detectie van magnetische resonanties van stikstof-vacantie (NV) centra in diamant, baanbrekend werk van de UHasselt-groep. De eerste doelstelling is deze magnetometer verder te ontwikkelen tot een compacte, volledig geïntegreerde vectorscannende magnetometer met een gevoeligheid beter dan 1 pT/sqrt (Hz) en een bandbreedte van 10 kHz. Kenmerken, die verder gaan dan die van de meest geavanceerde magnetometers, zullen het mogelijk maken nieuwe wetenschap mogelijk te maken, zoals het bestuderen van ruimteplasmaturbulentie op kinetische schaal, het analyseren van zeer fijne structuren in aurora en het karakteriseren van lage magnetische velden bij verkenningsmissies (rond of op de maan, kometen, enz.). Zodra een toereikende TRL is bereikt, is het doel een vluchtmodel te produceren voor een bepaald platform, als technologisch demonstratiemodel. Het instrument kan worden gebruikt als een gehoste nuttige lading op een door derden geëxploiteerde S/C of op een specifiek platform (bv. CubeSat). In combinatie met het Sweeping Langmuir Probe instrument (SLP) - ontwikkeld bij BIRA-IASB en momenteel operationeel op de Belgische CubeSat PICASSO - zou het bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt voor een ruimteweerbericht pakket en/of voor een gedetailleerde studie van gebeurtenissen in verband met het noorderlicht. Materies waarop de afdeling Ruimtefysica afdeling van BIRA-IASB sterke belangen en uitgebreide ervaring heeft. Om te profiteren van de zeer hoge gevoeligheid van dergelijke sensoren, is het van het grootste belang de magnetische ruis uit de gegevens te verwijderen afkomstig van het ruimtevaartuig zelf. Daartoe is een methode nodig om de gegevens te verwerken van verschillende magnetometers binnen en/of buiten de S/C te verwerken. Een andere doelstelling van deze samenwerking is de ontwikkeling van een kwantumelektrische ladingssensor voor de nauwkeurige meting van elektrostatische ladingen die op een elektrode vallen. Deze zal deel uitmaken van een multi-sensorinstrument voor het bestuderen van van elektrostatisch stoftransport op luchtloze lichamen zoals de maan, kometen of asteroïden. Op Parallel met de bovenvermelde activiteiten zullen de BIRA-IASB en UHasselt teams de mogelijkheden die kwantumtechnologie biedt voor de ontwikkeling van nieuwe wetenschappelijke instrumenten die van belang zijn voor BIRA-IASB onderzoeksactiviteiten (zowel in de ruimte als op de grond).

01 maart 2023 - 28 februari 2026