Οι αστρονόμοι στο Παρατηρητήριο Steward του Πανεπιστημίου της Αριζόνα χρησιμοποιούν κιτ δοκιμών από το Rydberg Vacuum Sciences για να επιταχύνουν την ανάπτυξη και την πιστοποίηση μιας νέας γενιάς ερευνητικών τηλεσκοπίων μικρών δορυφόρων
Εκκίνηση τεχνολογίας στις ΗΠΑ Επιστήμες κενού Rydberg (RVS) συνεχίζει να χαράζει μια μπροστινή τροχιά ως πάροχος εξοπλισμού «go-to» στο αναδυόμενο οικοσύστημα δοκιμών και μετρήσεων, υποστηρίζοντας την ανάπτυξη και την επικύρωση διαστημικών αποστολών μικρού δορυφόρου - γενικά όργανα με μάζα που κυμαίνεται από 1 έως 500 kg . Πιο συγκεκριμένα, η RVS δημιουργεί μια εξειδικευμένη θέση στην παροχή προσιτών προϊόντων θερμικού ψησίματος κενού και θερμικής ανακύκλωσης κενού – βασικές τεχνολογίες στη ροή εργασιών πιστοποίησης πριν από την πτήση για μικρούς δορυφόρους και τα συστατικά τους στοιχεία, υποσυστήματα και ενοργάνιση.
Το εξελισσόμενο πλαίσιο της αγοράς εδώ είναι διδακτικό, στο οποίο οι προγραμματιστές μικρών δορυφόρων ανοίγουν εμπορικές και επιστημονικές ευκαιρίες σε εφαρμογές τόσο διαφορετικές όπως η αστρονομική παρατήρηση, η τηλεπισκόπηση, η προστασία του περιβάλλοντος και η παρακολούθηση περιουσιακών στοιχείων και η εφοδιαστική. Στο επίκεντρο όλων, η καινοτομία στους μικρούς δορυφόρους προχωρά με ρυθμούς, με καθιερωμένους και νεοεισερχόμενους κατασκευαστές, καθώς και ακαδημαϊκές ερευνητικές ομάδες, να συμπιέζουν όλο και περισσότερη λειτουργικότητα σε διαρκώς μειούμενο ωφέλιμο φορτίο ενώ παράλληλα μειώνουν περαιτέρω τα εμπόδια εισόδου στο διαστημική βιομηχανία.
Δοκιμές για ετοιμότητα αποστολής
Όλα αυτά μεταφράζονται σε αδυσώπητη πτωτική πίεση στις κεφαλαιουχικές και επιχειρησιακές δαπάνες των προγραμματιστών δορυφόρων και των τεχνικών τους ομάδων – ιδίως όσον αφορά τα απαιτητικά προγράμματα δοκιμών που απαιτούνται για να πληρούν τα δορυφορικά συστήματα για εκτόξευση και, τελικά, τη μακροπρόθεσμη λειτουργία σε τροχιά. Μια μελέτη περίπτωσης από αυτή την άποψη είναι η Κέντρο Αστρονομικής Προσαρμοστικής Οπτικής (CAAO) στο Παρατηρητήριο Steward, ο ερευνητικός βραχίονας του τμήματος αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα (Tucson, AZ). Η ομάδα CAAO είναι επίσης η πιο πρόσφατη προσθήκη στο αναπτυσσόμενο δίκτυο πελατών RVS και, ως εκ τούτου, έχει θέσει τον θάλαμο δοκιμών θερμικού κενού (TVAC) του πωλητή μέσω θέσης σε λειτουργία και αποδοχής τους τελευταίους δύο μήνες.
«Κατασκευάζουμε πρωτότυπα ερευνητικά όργανα – συμπεριλαμβανομένων προσαρμοστικών οπτικών συστημάτων, προηγμένων ανιχνευτών υπερύθρων και υπεριώδους ακτινοβολίας και κρυοστατών υψηλής απόδοσης – που θα ενσωματωθούν σε μελλοντικά διαστημικά μικροδορυφορικά τηλεσκόπια», εξηγεί ο Ewan Douglas, επίκουρος καθηγητής και βοηθός αστρονόμος. στο Παρατηρητήριο Steward. Ο Ντάγκλας, από την πλευρά του, ηγείται μιας ερευνητικής προσπάθειας ευρείας εμβέλειας που καλύπτει διαστημικά όργανα, ανίχνευση και έλεγχο μετώπου κύματος και απεικόνιση υψηλής αντίθεσης εξωηλιακών πλανητών και δίσκων συντριμμιών. «Οι δυνατότητες δοκιμών του θαλάμου TVAC θα μας επιτρέψουν να προωθήσουμε την τεχνική ετοιμότητα και την ετοιμότητα αποστολής των επιστημονικών οργάνων και των δορυφορικών μας ωφέλιμων φορτίων», προσθέτει. «Με αυτόν τον τρόπο, ελπίζουμε να κάνουμε τις απαντήσεις του Πανεπιστημίου της Αριζόνα στις προτάσεις χρηματοδότησης της NASA πολύ πιο συναρπαστικές».
Η επιχειρησιακή λεπτομέρεια
Για οποιοδήποτε πρόγραμμα δοκιμών πριν από την εκτόξευση, οι προγραμματιστές οργάνων όπως ο Ντάγκλας και οι συνάδελφοί του στο CAAO θα δημιουργήσουν συνήθως ένα μοντέλο των ακραίων θερμοκρασιών που είναι πιθανό να αντιμετωπίσει μια αποστολή μικρού δορυφόρου μόλις βρεθεί σε τροχιά. Ακολουθεί ένα εξαντλητικό πρόγραμμα εργαστηριακών δοκιμών θερμικής υποπίεσης – απαραίτητο για την επανάληψη και την επικύρωση της μοντελοποίησης και για να διασφαλιστεί ότι τυχόν εντοπισμένες μονάδες θέρμανσης/ψύξης έχουν το επιθυμητό αποτέλεσμα στα ερευνητικά όργανα πρώτης γραμμής και στο σχετικό υλικό τους.
Σε αυτό το σενάριο, ο θάλαμος RVS TVAC επιτρέπει στους προγραμματιστές να αξιολογούν την απόδοση της τεχνολογίας σε πολλαπλές συντεταγμένες. Μια δοκιμή κύκλου θερμικού κενού, για παράδειγμα, θα δει το υλικό και τα όργανα του σκάφους να περάσουν τους ρυθμούς του και να υποβληθούν σε ένα πρόγραμμα «βήμα και επανάληψη» ακραίων θερμών και ψυχρών θερμοκρασιών σε περιβάλλον υψηλού κενού, ενώ μια δοκιμή θερμικής ισορροπίας στοχεύει να καταδείξει την αποτελεσματικότητα των συστημάτων θερμικού ελέγχου του σκάφους για τη διατήρηση της θερμοκρασίας των βασικών συστημάτων εντός προκαθορισμένων ορίων. Υπάρχει επίσης μια απαίτηση ψησίματος υπό κενό, κατά την οποία το δορυφορικό υλικό θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία υπό υψηλό κενό για να ποσοτικοποιηθούν τα επίπεδα εκροής υλικών (τα προϊόντα των οποίων μπορούν να επηρεάσουν αρνητικά τη λειτουργία συστημάτων απεικόνισης επί του σκάφους, θερμικών καλοριφέρ, ηλιακών κυψελών και τα παρόμοια).
Εδώ βρίσκεται μια άλλη ευκαιρία. Διότι, ακόμη και ενώ η ομάδα CAAO πιέζει τα όρια απόδοσης των οργάνων της που βασίζονται στο διάστημα, η παράλληλη δέσμευση για μείωση του κόστους παραμένει σε μεγάλο βαθμό μέρος του μείγματος Ε&Α – κυρίως στην ανάπτυξη εμπορικού υλικού εκτός ραφιού (COTS) και λογισμικό (αντί για την ανάπτυξη εξατομικευμένων τεχνολογικών λύσεων). "Μια βασική περίπτωση χρήσης για τον θάλαμο TVAC περιλαμβάνει τη λήψη προϊόντων COTS - ας πούμε έναν οπτικό ανιχνευτή ή έναν ενσωματωμένο υπολογιστή - και τη διασφάλιση ότι εξακολουθούν να λειτουργούν σε περιβάλλον που μοιάζει με το διάστημα", λέει ο Douglas. «Οι διαστημικές τεχνολογίες COTS είναι θεμελιώδεις για τη μείωση του συνολικού κόστους των αποστολών αστρονομίας με μικρούς δορυφόρους».
Παροχή έναντι απαιτήσεων
Εξίσου σημαντική είναι η έμφαση που δίνει η RVS στα δικά της συστήματα θερμικής υποπίεσης εκτός ραφιού. Με άλλα λόγια, αυτό σημαίνει θερμικές δοκιμές σε μια ευχάριστη τιμή, διασφαλίζοντας ταυτόχρονα ότι η ευκολία χρήσης είναι πρωταρχικής σημασίας. «Σε ανταπόκριση στην πρόσκλησή μας για προτάσεις, η RVS ήταν ανταγωνιστική στην τιμή και παραδόθηκε σε σχέση με την επιθυμητή λειτουργικότητα», σημειώνει ο Manny Montoya, τεχνικός διευθυντής CAAO, ο οποίος ηγείται μιας διαφορετικής ομάδας μηχανικών, τεχνικών και μηχανικών που υποστηρίζουν την έρευνα του Douglas και άλλων αστρονόμων στο Παρατηρητήριο Steward.
Η εν λόγω λειτουργικότητα καλύπτει έναν θάλαμο δοκιμής κενού γενικής χρήσης που μπορεί να χρησιμοποιήσει κάθε αποστολή μικρού δορυφόρου στην πανεπιστημιούπολη του Tucson για να διερευνήσει τις επιπτώσεις των ακραίων θερμοκρασιών σε υψηλό κενό. Επιπλέον, ο θάλαμος TVAC δίνει επίσης στους αστρονόμους του Steward Observatory τη δυνατότητα πρόσβασης σε συστήματα κενού έως και 10-8 Torr – μια βασική απαίτηση όταν πληροίτε τα κατάλληλα όργανα υψηλής ποιότητας που προορίζονται για επιστημονικές αποστολές όπως Aspera. Αυτό το έργο της NASA, με επικεφαλής τον αστρονόμο του Παρατηρητηρίου Steward Carlos Vargas, αναπτύσσει έναν μικρό δορυφόρο αστροφυσικής ακραίας υπεριώδους ακτινοβολίας που θα χαρτογραφήσει το στεφανιαίο αέριο θερμής-καυτής φάσης γύρω από κοντινά φωτοστέφανα γαλαξιών (και, με τη σειρά του, θα ρίξει φως στον σχηματισμό και την εξέλιξη των γαλαξιών) .
Συστήματα δοκιμών θερμικού κενού: προετοιμασία για πιστοποίηση μικρών δορυφόρων πριν από την πτήση
Ένα άλλο απαραίτητο στοιχείο του CAAO είναι η απομόνωση κραδασμών, έτσι ώστε ο Ντάγκλας και η ομάδα του να μπορούν να αξιολογήσουν προσαρμοστικά οπτικά συστήματα ακριβείας μέσα στο θάλαμο δοκιμής TVAC. Από αυτή την άποψη, η RVS πρότεινε μια νέα λύση που περιλαμβάνει ένα οπτικό τραπέζι αναρτημένο με πνευματικά πόδια έξω από τον θάλαμο κενού – μια διαμόρφωση που απομονώνει τα υπό δοκιμή οπτικά μειώνοντας τυχόν κραδασμούς που προέρχονται από το δάπεδο του κτιρίου (από διερχόμενη οδική κυκλοφορία, για παράδειγμα, ή από πόρτες που ανοίγουν και κλείνουν).
«Απαντώντας στο αίτημα για προτάσεις», καταλήγει ο Montoya, «η RVS έκανε εξαιρετική δουλειά στην κατανόηση των τεχνικών απαιτήσεων της CAAO και στην προσαρμογή του συστήματος TVAC ανάλογα – απόδειξη της εκτεταμένης τεχνικής γνώσης της εταιρείας σχετικά με τις δοκιμές θερμικού κενού για εφαρμογές έρευνας και βιομηχανίας».
