Mitte 2013 wurde das DLR ausgewählt, das Focal Plane Module (FPM) beizusteuern, in das der einzelne CCD-Detektor integriert ist. Das Institut für Optische Sensorsysteme entwickelte dieses wichtige Teilsystem gemeinsam mit dem Institut für Planetenforschung. Beide Institute bilden seit 2025 das Institut für Weltraumforschung. Außerdem entwickelten die Berliner DLR-Institute auch die Detektor- und die Sensorsteuerungselektronik (SEM). All diese wichtigen Teile gewährleisten die Leistungsfähigkeit des hochpräzisen Photometers auf CHEOPS.
Die erforderliche photometrische Präzision wird mit einem einzelnen, rückseitig beleuchteten CCD-Detektor von Teledyne e2v mit 1024 × 1024 Pixeln und einem Pixelabstand von 13 µm erreicht. Der CCD ist im Fokalebenenmodul des Ritchey-Chrétien-Teleskops montiert. Das Teleskop hat eine Öffnung von 32 cm und ein Öffnungsverhältnis f/8, ist axial ausgerichtet und wird passiv auf -40 °C gekühlt.
Da die Tiefe der Planetentransite ungefähr 100 ppm (parts per million) beträgt, ist eine photometrische Genauigkeit von 20 ppm (Ziel: 10 ppm) bei einer Integrationszeit von 6 Stunden erforderlich, was der Transitdauer eines Planeten mit einer Umlaufzeit von 50 Tagen entspricht. Daher sind sowohl der CCD-Detektor als auch die rauscharme Sensorelektronik thermisch mit einer Genauigkeit von besser als 10 mK stabilisiert.
Blick auf den CCD-Detektor in der Brennebene
Der CCD-Detektor in der Brennebene der Baugruppe ist thermisch verbunden mit einem Radiator zur Abführung der Wärme.
Die Anforderungen an die thermische Stabilität des CCD-Detektors und die anschließende rauscharme Elektronik waren enorm. Alles musste auf einer Arbeitstemperatur gehalten werden und die Temperaturschwankungen sollten dabei nicht mehr als 1/100 Grad Celsius betragen. Nur unter solchen Bedingungen kann und konnte CHEOPS seine wissenschaftlichen Ziele erreichen: die Helligkeit von Sternen hochpräzise zu messen und damit die Radien der dortigen Planeten genauestens zu bestimmen.
Die thermomechanische Stabilität des Fokalebenenmoduls erreicht man durch eine hochpräzise Temperaturregelung mit einem passiven Kühlelement, einem Radiator, und einem aktiven Heizer. Die Struktur des Fokalebenenmoduls wurde aus einer speziellen Berylliumlegierung gefertigt, die sich durch eine sehr geringe Wärmeausdehnung und eine geringe Masse auszeichnet. Entwickelt wurde dieses überaus wichtige Modul vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) am Standort Berlin-Adlershof.
Diese hochstabile Temperatureinstellung gibt es weder beim Satelliten CoRoT, noch wird es ihn beim Weltraumteleskop PLATO geben. Bei diesen Missionen werden die Temperaturschwankungen des Detektors aus den Lichtkurven nachträglich herausgerechnet.
