TROPOMI - the Instrument
Lange-termijn monitoring is essentieel voor het klimaatonderzoek en voor het monitoren van het effect van de maatregelen van het Montreal Protocol. Om goed voorbereid te zijn voor de periode na 2010, als OMI op Aura and SCIAMACHY op ENVISAT het einde van de missie hebben bereikt, ontwerpen de deelnemers aan de OMI en SCIAMACHY missies in Nederland een innovatief UV-VIS-NIR-SWIR imaging spectrometer. Het instrument concept is voorgesteld voor twee missies:
- TROPOMI op TRAQ, een missie voorgesteld in antwoord op ESA's 2005 EOEP call.
- TROPI op CAMEO, zoals gespecificeerd in een voorstel voor de U.S. NRC Decadal Study over Aard Onderzoek en toepassingen vanuit de ruimte.
Naast deze voorstellen, voldoet het instrument concept aan de formulering van ESA's CAPACITY study om een LEO missie te realiseren met een UV-VIS-SWIR nadir viewing spectrometer (Sentinel 5).
TROPOMI: het beste van twee werelden
TROPOMI is een Nederlands initiatief dat voortbouwt op de succesvolle SCIAMACHY en OMI missies. Het instrument combineert de hoge resolutie en de brede kijkhoek van OMI met het grote golflengtebereik van SCIAMACHY. TROPOMI zal een sleutelrol vervullen in toekomstig klimaatonderzoek en bij toekomstige luchtkwaliteitsmetingen.
TROPOMI data producten
TROPOMI is een instrumentconcept gebaseerd op de GOME, OMI en SCIAMACHY instrumenten. Het bereik van de TROPOMI spectrometer bestrijkt dat van het OMI instrument en is bedoeld om ozon (O3), stikstofdioxide (NO2), formaldehyde (HCHO), stikstofdioxide (SO2) en aërosolen te meten. Daarnaast is er een NIR kanaal toegevoegd en een SWIR module voor verbeterde wolkendetectie, verdeling van aërosolen met de hoogte en voor de detectie van koolstofmonoxide (CO) en methaan (CH4) (broeikasgassen).
Level 2 data producten:
- totale ozonkolom
- aërosolen
- totale kolom en troposferisch stikstofdioxide (NO2)
- wolkenhoogte
- oppervlakte UVB
- CO (koostofmonoxide)
- CH4 (methaan)
- HCHO (formaldehyde)
- SO2 (zwaveldioxide)
- BrO (broommonoxide)
- OClO (chloordioxide)
- Ozonprofiel
TROPOMI technologie
Om te verbeteren ten opzichten van de SCIAMACHY and OMI mogelijkheden, is het instrument ontworpen met kleiner grondpixels (om de kans op wolken vrije observaties te verbeteren), verbeterde signaal-ruis verhouding en verschillende overpasses per dag om diurnal cyclusen te kunnen volgen.
TROPOMI is een non-scanning imaging absorption spectrometer. Voor een optimaal thermisch ontwerp zijn er onafhankelijke UV/VIS/NIR en SWIR modules. Een verbeterd optisch ontwerp en nieuwe detectoren bieden een grote kijkhoek (115^o) en een ultrahoge resolutie (10 x 10 km^2). TROPOMI heeft nog kleinere grondpixels dan OMI maar desondanks wel een betere signaal-ruisverhouding. De SWIR module maakt gebruikt van nieuwe speciaal ontwikkelde optische tralies (immersed gratings) die de omvang van het instrument met een factor 40 reduceren ten opzichte van conventionele tralies. Daarnaast zijn de SWIR-mogelijkheden van TROPOMI veel beter dan die van SCIAMACHY, zowel wat betreft de ruimtelijke resolutie als de signaal- ruisverhouding.
2D detector
Het ontwerp van het TROPOMI instrument is gebaseerd op dat van OMI en maakt gebruik van tweedimensionale (2D) detector technologie. Met deze techniek wordt de complete spoorbreedte van 2600 km afgebeeld langs de ene as van de 2D focal plane array. De spectrale informatie wordt langs de andere as geprojecteerd. TROPOMI maakt gebruik van state-of-the-art 2D stralingsbestendige detectoren.
SWIR
Om het SCIAMACHY data record van CO en CH4 voort te zetten en te verbeteren een SWIR kanaal is voorzien in de ontwerp studies[1]. Het SWIR kanaal is het meest innovatieve deel van het instrument daar het voor het eerst 'immersed grating' technologie combineerd met een polarisatie scrambler, een hybrid-CMOS focal plane array (FPA) en SWIR LED's voor in-flight detector calibratie. De 'immersed grating' technology is nodig om het push-broom imaging concept te transformeren naar het SWIR spectrale domein zonder grote toename van de grootte van het instrument in vergelijking tot de SCIAMACHY SWIR kanalen. De TROPOMI-SWIR instrument studie zal essentiele elementen van het TROPOMI / TROPI SWIR kanaal testen op component level en zal ze samenvoegen met de 'immersed grating) om een breadboard model te maken. De haalbaarheid van het op 'immersed grating' gebasseerde SWIR kanaal zal worden gedemonstreerd op instrument niveau door gas cell absorption metingen te doen met CH4 en CO. De silicium gebasseerde 'immersed grating' technologie ontwikkeld door SRON en TNO biedt een factor 3.42 meer diffractie dan een conventionele tralie.
Metingen van bronnen van spectrale lijnen
Eerste tests met het SWIR breadboard hebben de haalbaarheid aangetoond van het uitbreiden van de OMI technologie naar de SWIR spectrale band door gebruik te maken van de immersed grating en 2D CMOS detector technologie. De gemeten dispersie is zoals verwacht en de resolutie van 0,25 nm valt binnen de specificaties.
