Mechanical Design Iteration of an Optical Slit Holder for Use in a Low Earth Orbit CubeSat Hyperspectral Imager

Abstract

HYPerspectral Smallsat for Ocean observation (HYPSO)-prosjektet ved NTNU Small Satellite Laboratory bruker hyperspektrale bildeapparater i en kube-satellitt for jordobservasjonsformål. Det hyperspektrale bildeapparatet består av tre objektiver, optisk gitter, en detektor og en optisk spalte. For datakvaliteten på det hyperspektrale bildeapparatet må alle komponentene opptre som ønsket. Et problem med vinkeljusteringen av en optisk spalte resulterer i redusert bildekvalitet. Prosjektet tar sikte på å iterere og forbedre dagens utforming av komponenten som huser spalten. Dagens design analyseres, konsepter utvikles og endelig design presenteres. Det nye designet er justerbart, noe som tillater nøyaktig kalibrering av vinkeljusteringen. I tillegg ble antallet komponenter redusert, produksjonsprosessen forbedret og løsningen integrert i en ny nyttelastplattform. Designet ble produsert og viste lovende resultater i foreløpig testing. Nøyaktigheten til justeringmekanismen ble verifisert ved lineær tilnærming av skjevheten til spektrallinjene. Dette ble vist til å være innenfor kravet om pikselavvik under 1.

The HYPerspectral Smallsat for Ocean observation (HYPSO) project at NTNU Small Satellite Laboratory uses CubeSat hyperspectral imagers (HSI) for earth observation. The HSI consits of three lens objectives, a grating, a detector and an optical slit. For the HSI data quality, all components involved needs to perform as intended. An alignment issue of an optical slit resulted in reduced imaging quality. The project aims to iterate and improve on the current design of the component that houses the slit. The current design is analysed, concepts are developed and a final design is presented. The new design is adjustable, allowing accurate calibration of alignment. In addition, the number of components was reduced, the production process improved and the solution integrated in a new payload platform. The design was produced and showed promising results in preliminary testing. The accuracy of the adjustment mechanism was verified using a linear approximation of the spectral line tilt. This was shown to be within the required pixel deviation of less than 1.