يساعد اختبار الفراغ الحراري تلسكوبات أبحاث الأقمار الصناعية الصغيرة في النظر إلى النجوم

بدء التكنولوجيا الأمريكية علوم الفراغ ريدبيرج تواصل (RVS) رسم مسار أمامي كمزود معدات "go-to" في النظام البيئي الناشئ للاختبار والقياس الذي يدعم تطوير والتحقق من صحة بعثات الأقمار الصناعية الفضائية الصغيرة - على نطاق واسع الأدوات التي تتراوح كتلتها من 1 إلى 500 كجم . بتعبير أدق ، تقوم RVS بتكوين مكانة متخصصة في توفير منتجات تدوير الفراغ الحراري الميسورة التكلفة ومنتجات تدوير الفراغ الحراري - تقنيات التمكين الأساسية في سير عمل تأهيل الاختبار المسبق للأقمار الصناعية الصغيرة ومكوناتها وأنظمتها الفرعية و الأجهزة.

يعد سياق السوق المتطور هنا مفيدًا ، حيث يفتح مطورو الأقمار الصناعية الصغيرة فرصًا تجارية وعلمية في تطبيقات متنوعة مثل المراقبة الفلكية والاستشعار عن بُعد وحماية البيئة وتتبع الأصول والخدمات اللوجستية. في جوهر كل ذلك ، يسير ابتكار الأقمار الصناعية الصغيرة بوتيرة متسارعة ، مع الشركات المصنعة الراسخة والوافدة الجديدة ، فضلاً عن مجموعات البحث الأكاديمية ، التي تضغط على المزيد والمزيد من الوظائف في الحمولات المتناقصة باستمرار مع تقليل الحواجز التي تحول دون الدخول إلى صناعة الفضاء.

اختبار الاستعداد للبعثة

كل هذا يترجم إلى ضغط هبوطي لا هوادة فيه على النفقات الرأسمالية والتشغيلية لمطوري الأقمار الصناعية وفرقهم الهندسية - ليس أقلها عندما يتعلق الأمر ببرامج الاختبار الصارمة اللازمة لتأهيل أنظمة الأقمار الصناعية للإطلاق ، وفي النهاية ، التشغيل طويل الأجل في المدار. دراسة حالة في هذا الصدد هي مركز البصريات الفلكية التكيفية (CAAO) في مرصد ستيواردالذراع البحثية لقسم علم الفلك في جامعة أريزونا (توكسون ، أريزونا). يعد فريق CAAO أيضًا أحدث إضافة إلى الشبكة المتنامية لعملاء RVS ، وعلى هذا النحو ، فقد تم وضع غرفة اختبار الفراغ الحراري (TVAC) الخاصة بالمورد من خلال التشغيل والقبول على مدار الشهرين الماضيين.

يوضح إيوان دوغلاس ، أستاذ مساعد وعالم فلك مساعد في مرصد ستيوارد. دوغلاس ، من جانبه ، يرأس جهدًا بحثيًا واسع النطاق يشمل الأجهزة الفضائية ، واستشعار واجهة الموجة والتحكم فيها ، والتصوير عالي التباين للكواكب خارج المجموعة الشمسية وأقراص الحطام. ويضيف قائلاً: "ستمكننا قدرات الاختبار لغرفة TVAC من تعزيز الاستعداد التقني والجاهزي للمهام لأجهزتنا العلمية وحمولات الأقمار الصناعية". "بهذه الطريقة ، نأمل أن نجعل استجابات جامعة أريزونا لمقترحات تمويل وكالة ناسا أكثر إقناعًا."

التفاصيل التشغيلية

بالنسبة لأي برنامج اختبار ما قبل الإطلاق ، فإن مطوري الأجهزة مثل دوغلاس وزملائه في CAAO سيولدون نموذجًا لدرجات الحرارة القصوى التي من المحتمل أن تواجهها مهمة القمر الصناعي الصغير مرة واحدة في المدار. يتبع ذلك برنامج شامل لاختبار الفراغ الحراري المعتمد على المختبر - وهو أمر ضروري للتكرار والتحقق من النمذجة ولضمان أن أي وحدات تدفئة / تبريد محلية لها التأثير المطلوب على أدوات البحث في الخطوط الأمامية والأجهزة المرتبطة بها.

في هذا السيناريو ، تسمح غرفة RVS TVAC للمطورين بتقييم أداء التكنولوجيا على طول إحداثيات متعددة. اختبار تدوير الفراغ الحراري ، على سبيل المثال ، سيشهد وضع أجهزة وأدوات المركبة خلال خطواتها وتعريضها لبرنامج "خطوة وتكرار" لدرجات حرارة شديدة السخونة والباردة في بيئة شديدة التفريغ ، أثناء اختبار التوازن الحراري يهدف إلى إثبات فعالية أنظمة التحكم الحراري للمركبة في الحفاظ على درجة حرارة الأنظمة الرئيسية ضمن حدود محددة مسبقًا. هناك أيضًا مطلب للخبز بالفراغ ، حيث يتم تسخين أجهزة الأقمار الصناعية إلى درجة حرارة عالية تحت فراغ عالي لتحديد مستويات إطلاق الغازات (التي يمكن أن تؤثر منتجاتها سلبًا على عمل أنظمة التصوير الموجودة على متن الطائرة ، والمشعات الحرارية ، والخلايا الشمسية. وما شابه ذلك).

وهنا تكمن فرصة أخرى. حتى أثناء قيام فريق CAAO بدفع حدود أداء أجهزته الفضائية ، يظل الالتزام الموازي بخفض التكلفة جزءًا كبيرًا من مزيج البحث والتطوير - ليس أقلها في نشر الأجهزة التجارية الجاهزة (COTS) والبرمجيات (بدلاً من تطوير حلول تقنية مخصصة). يقول دوغلاس: "تتضمن حالة الاستخدام الرئيسية لغرفة TVAC أخذ منتجات COTS - على سبيل المثال كاشف ضوئي أو كمبيوتر على متن الطائرة - والتأكد من أنها لا تزال تعمل في بيئة تشبه الفضاء". "تعد تقنيات COTS المؤهلة للفضاء أساسية لخفض التكلفة الإجمالية لبعثات علم الفلك للأقمار الصناعية الصغيرة."

التسليم مقابل المتطلبات

نفس القدر من الأهمية هو التركيز الذي تضعه RVS على أنظمة الفراغ الحراري الجاهزة. بعبارة أخرى ، هذا يعني إجراء اختبار حراري بسعر معقول مع ضمان أن سهولة الاستخدام أمر بالغ الأهمية. "استجابة لدعوتنا لتقديم العروض ، كانت RVS تنافسية من حيث السعر وقدمت مقابل الوظيفة المطلوبة" ، كما يشير ماني مونتويا ، المدير الفني لـ CAAO ، الذي يرأس فريقًا متنوعًا من المهندسين والفنيين والميكانيكيين الذين يدعمون أبحاث دوغلاس وعلماء فلك آخرين في مرصد ستيوارد.

تغطي الوظيفة المعنية غرفة اختبار تفريغ للأغراض العامة يمكن لأي مهمة ساتلية صغيرة في حرم توكسون استخدامها للتحقيق في تأثيرات درجات الحرارة القصوى في الفراغ العالي. علاوة على ذلك ، تمنح غرفة TVAC علماء الفلك في Steward Observatory القدرة على الوصول إلى أنظمة تفريغ منخفضة تصل إلى 10^-8 Torr - مطلب أساسي عند تأهيل الأجهزة المتطورة المخصصة للمهام العلمية مثل الخشن. مشروع ناسا هذا ، بقيادة عالم الفلك المرصد ستيوارد كارلوس فارغاس ، يطور قمرًا صناعيًا صغيرًا للفيزياء الفلكية للأشعة فوق البنفسجية الشديدة والذي سيرسم خريطة الغاز الإكليلي للطور الساخن الحار حول هالات المجرة القريبة (ويسلط بدوره الضوء على تكوين المجرات وتطورها) .

يجب أن يكون لدى CAAO عزل الاهتزاز ، حتى يتمكن دوغلاس وفريقه من تقييم أنظمة البصريات التكيفية الدقيقة داخل غرفة اختبار TVAC. في هذا الصدد ، اقترحت RVS حلاً جديدًا يشتمل على طاولة بصرية معلقة بواسطة أرجل تعمل بالهواء المضغوط خارج حجرة التفريغ - وهو تكوين يعزل البصريات قيد الاختبار عن طريق ترطيب أي اهتزازات تأتي من أرضية المبنى (من المرور على الطريق ، على سبيل المثال ، أو من فتح وإغلاق الأبواب).

واختتم مونتويا بالقول: "استجابةً لطلب تقديم العروض ، قامت RVS بعمل رائع في فهم المتطلبات الفنية لـ CAAO وتكييف نظام TVAC وفقًا لذلك - شهادة على معرفة المجال التقني الواسعة للشركة بشأن اختبار الفراغ الحراري لتطبيقات البحث والصناعة."