Astronomer ved University of Arizonas Steward Observatory bruger testkit fra Rydberg Vacuum Sciences til at fremskynde udviklingen og kvalificeringen af en ny generation af små-satellitforskningsteleskoper
amerikansk teknologiopstart Rydberg Vacuum Sciences (RVS) fortsætter med at kortlægge en fremadrettet bane som en "go-to" udstyrsleverandør i det nye test-og-målingsøkosystem, der understøtter udviklingen og valideringen af små satellit-rummissioner - bredt instrumenter med en masse fra 1 til 500 kg . Mere præcist udskærer RVS en specialistniche inden for levering af prisbillige, hyldevare termisk vakuum bake-out og termisk vakuum cykling - kerneaktiverende teknologier i preflight-kvalificerings-workflowet for små satellitter og deres bestanddele, undersystemer og instrumentering.
Den udviklende markedskontekst her er lærerig, en hvor små-satellitudviklere åbner op for kommercielle og videnskabelige muligheder inden for så forskellige applikationer som astronomisk observation, fjernmåling, miljøbeskyttelse og aktivsporing og logistik. I hjertet af det hele skrider innovation fremad med små satellitter, hvor etablerede og nytilkomne producenter, såvel som akademiske forskningsgrupper, klemmer mere og mere funktionalitet ind i stadigt faldende nyttelast, mens de yderligere sænker barriererne for adgang til rumindustrien.
Test for missionsberedskab
Alt dette udmønter sig i et ubønhørligt nedadgående pres på satellitudvikleres og deres ingeniørteams kapital- og driftsudgifter – ikke mindst når det kommer til de krævende testprogrammer, der er nødvendige for at kvalificere satellitsystemer til opsendelse og i sidste ende langsigtet drift i kredsløb. Et casestudie i denne henseende er Center for Astronomisk Adaptiv Optik (CAAO) ved Steward Observatory, forskningsafdelingen af Institut for Astronomi ved University of Arizona (Tucson, AZ). CAAO-teamet er også den seneste tilføjelse til det voksende netværk af RVS-kunder og har som sådan sat leverandørens termiske vakuum (TVAC) testkammer gennem idriftsættelse og accept i løbet af de sidste par måneder.
"Vi bygger prototypeforskningsinstrumenter - herunder adaptive optiksystemer, avancerede IR- og UV-detektorer og højtydende kryostater - som vil blive indarbejdet i fremtidige rumbaserede små-satellitteleskoper," forklarer Ewan Douglas, assisterende professor og assisterende astronom. på Steward Observatory. Douglas står på sin side i spidsen for en bred forskningsindsats, der spænder over ruminstrumentering, bølgefrontsføling og kontrol og højkontrastbilleddannelse af ekstrasolare planeter og affaldsskiver. "TVAC-kammerets testmuligheder vil gøre os i stand til at fremme den tekniske og missionsberedskab af vores videnskabelige instrumenter og satellitnyttelast," tilføjer han. "På denne måde håber vi at gøre University of Arizonas svar på NASA-finansieringsforslag så meget mere overbevisende."
Den operationelle detalje
Til ethvert testprogram før lancering vil instrumenteringsudviklere som Douglas og hans CAAO-kolleger typisk generere en model af de ekstreme temperaturer, som en lille satellit-mission sandsynligvis vil opleve en gang i kredsløb. Det efterfølges af et udtømmende program med laboratoriebaseret termisk vakuumtestning – afgørende for iteration og validering af modelleringen og for at sikre, at alle lokaliserede opvarmnings-/køleenheder har den ønskede effekt på frontlinjeforskningsinstrumenter og deres tilhørende hardware.
I dette scenarie giver RVS TVAC-kammeret udviklere mulighed for at evaluere teknologisk ydeevne langs flere koordinater. En termisk vakuum cykling test, for eksempel, vil se fartøjets hardware og instrumentering gennemgå dets hastigheder og udsat for et "trin-og-gentag" program med ekstreme varme og kolde temperaturer i et højvakuum miljø, mens en termisk balance test har til formål at demonstrere effektiviteten af fartøjets termiske kontrolsystemer til at holde temperaturen i nøglesystemer inden for foruddefinerede grænser. Der er også et vakuum bake-out-krav, hvor satellithardwaren opvarmes til høj temperatur under højvakuum for at kvantificere niveauer af materialeudgasning (hvis produkterne kan have en negativ indvirkning på funktionen af indbyggede billedbehandlingssystemer, termiske radiatorer, solceller og lignende).
Heri ligger en anden mulighed. For selv mens CAAO-teamet skubber ydeevnegrænserne for dets rumbaserede instrumentering, er en parallel forpligtelse til omkostningsreduktion i høj grad en del af R&D-mixet – ikke mindst i udrulningen af kommerciel hyldevare (COTS) hardware og software (i stedet for udvikling af skræddersyede teknologiløsninger). "En vigtig use-case for TVAC-kammeret involverer at tage COTS-produkter - f.eks. en optisk detektor eller en indbygget computer - og sørge for, at de stadig fungerer i et rumlignende miljø," siger Douglas. "Rumkvalificerede COTS-teknologier er grundlæggende for at reducere de samlede omkostninger ved astronomimissioner med små satellitter."
Levering kontra krav
Lige så vigtig er den vægt, som RVS lægger på sine egne termiske vakuumsystemer. Sagt på en anden måde betyder det termisk test til en velsmagende pris, samtidig med at det sikrer, at brugervenlighed er altafgørende. "Ved at reagere på vores indkaldelse af forslag var RVS konkurrencedygtig på prisen og leverede i forhold til den ønskede funktionalitet," bemærker Manny Montoya, teknisk chef for CAAO, som leder et mangfoldigt team af ingeniører, teknikere og maskinmestre, der støtter Douglas og andre astronomers forskning på Steward Observatorium.
Den pågældende funktionalitet dækker over et generelt vakuumtestkammer, som enhver lille satellitmission på Tucson campus kan bruge til at undersøge virkningerne af ekstreme temperaturer i højvakuum. Hvad mere er, giver TVAC-kammeret også Steward Observatory-astronomer mulighed for at få adgang til vakuumregimer så lave som 10-8 Torr – et væsentligt krav, når man kvalificerer avanceret instrumentering bestemt til videnskabelige missioner som f.eks. Aspera. Dette NASA-projekt, ledet af Steward Observatory-astronomen Carlos Vargas, er ved at udvikle en ekstrem-UV-astrofysisk lille satellit, der vil kortlægge den varme-varme-fase koronalgas omkring nærliggende galaksehaloer (og til gengæld kaste lys over galaksedannelse og evolution) .
Termiske vakuumtestsystemer: klargøring til preflight-kvalificering af små satellitter
Et andet CAAO-must-have er vibrationsisolering, så Douglas og hans team kan evaluere præcisionsadaptive optiksystemer inde i TVAC-testkammeret. I denne henseende foreslog RVS en ny løsning bestående af et optisk bord ophængt af pneumatiske ben uden for vakuumkammeret – en konfiguration, der isolerer optikken under test ved at dæmpe eventuelle vibrationer, der kommer gennem bygningsgulvet (f.eks. fra forbipasserende vejtrafik, eller fra f.eks. døre åbnes og lukkes).
"Ved at svare på anmodningen om forslag," afslutter Montoya, "gjorde RVS et godt stykke arbejde med at forstå CAAO's tekniske krav og tilpasse TVAC-systemet i overensstemmelse hermed - et vidnesbyrd om virksomhedens omfattende tekniske domæneviden om termisk vakuumtest til forskning og industriapplikationer."
