Mikrokrafter styr framtidens rymdfarkoster
Mindre och billigare rymdfarkoster och fler möjligheter för rymdforskningen. Det är de långsiktiga konsekvenserna av de utvecklade framdrivningssystem som Johan Köhler presenterar i sin avhandling Bringing Silicon Microsystems to Space. Systemen bygger på extrem miniatyrisering, så kallad mikrosystemteknik.
Miniatyrisering med hjälp av mikrosystemteknik möjliggör fler, mindre och billigare satelliter. Rymden blir mer tillgänglig för människans instrument, t ex för forskning. Johan Köhlers avhandlingsarbete kretsar kring utvecklingen av ett framdrivningssystem i miniatyr som kan användas till att rikta satelliter och hålla dem i stabila lägen. Systemet släpper ut små mängder gas i överljudsfart för att ge mikrokrafter.
Johan Köhler förespråkar mikrosystem med sammansatta funktioner byggda som en helhet och inte från separata delar. Då minskar t.ex. systemets totala massa – uppskattningsvis kan massan reduceras till 25% av vad som hittills har utförts.
För att nå önskvärda prestanda – cirka 0,1 millinewton kraft och miniatyrisering – används bearbetning av kisel med metoder från mikroelektroniken. På så vis kan man bilda mikroskopiska former. Gasutblåsets munstycken är t.ex. 35 tusendels millimeter smala, alltså mindre än hälften av ett hårstrå.
Vid tillverkningen av komplicerade mikrosystem måste de många olika bearbetningsstegen fungera tillsammans. Johan Köhler visar hur en sekvens av tillverkningssteg kan utvärderas för att uppnå pålitlig framställning. Fogningen av kiseldelar är här av avgörande betydelse, och Johan Köhler använder en metod som kallas ’bondning’ i brist på svenska ord. Metoden innebär att ytor som är släta och rena fäster vid varandra spontant. Bondning utnyttjas för tre ändamål: tillverkning av komponenter, montering och sammanfogning, samt paketering av systemet.
Fogen mellan två kiselskivor är en svag länk hos mikrosystemet och som kan angripas i påfrestande miljöer, t.ex. under rymdfärder. Därför har Johan Köhler också studerat rymdmiljöns inverkan på fogarnas styrka.
Johan Köhler är den förste att disputera från det nyligen grundade Ångström Space Technology Centre, där mikrosystemteknik utgör en hörnsten för utvecklingen av framtidens rymdteknik. Mikrosystemtekniken har en stark tradition vid Uppsala Universitet sedan början av 1980-talet.
Johan Köhler disputerar på avhandlingen Bringing Silicon Microsystems to Space: Manufacture, Performance, and Reliability, fredagen den 11 januari kl. 9.30 på Ångströmlaboratoriet i Uppsala. Johan Köhler kan nås på telefon 018-471 10 82 eller e-post Johan.Kohler@angstrom.uu.se
