Los astrónomos del Observatorio Steward de la Universidad de Arizona están utilizando un kit de prueba de Rydberg Vacuum Sciences para acelerar el desarrollo y la calificación de una nueva generación de telescopios de investigación de satélites pequeños.
start-up de tecnología estadounidense Ciencias del vacío de Rydberg (RVS) continúa trazando una trayectoria hacia adelante como proveedor de equipos de referencia en el ecosistema emergente de prueba y medición que respalda el desarrollo y la validación de misiones espaciales de satélites pequeños, en general, instrumentos con una masa que oscila entre 1 y 500 kg. . Más precisamente, RVS se está forjando un nicho de especialista en el suministro de productos asequibles y listos para usar de secado al vacío térmico y ciclo de vacío térmico: tecnologías habilitadoras centrales en el flujo de trabajo de calificación previa al vuelo para satélites pequeños y sus componentes, subsistemas y componentes constitutivos. instrumentación.
El contexto de mercado en evolución aquí es instructivo, en el que los desarrolladores de satélites pequeños están abriendo oportunidades comerciales y científicas en aplicaciones tan diversas como la observación astronómica, la teledetección, la protección del medio ambiente y el seguimiento y la logística de activos. En el centro de todo, la innovación de los satélites pequeños avanza a buen ritmo, con fabricantes establecidos y nuevos, así como grupos de investigación académicos, exprimiendo cada vez más funcionalidad en cargas útiles cada vez más reducidas mientras reducen aún más las barreras de entrada al mercado. industria espacial.
Pruebas de preparación para la misión
Todo esto se traduce en una presión a la baja implacable sobre el capital y los gastos operativos de los desarrolladores de satélites y sus equipos de ingeniería, sobre todo en lo que respecta a los programas de prueba exigentes necesarios para calificar los sistemas satelitales para el lanzamiento y, en última instancia, la operación a largo plazo en órbita. Un caso de estudio en este sentido es el Centro de Óptica Adaptativa Astronómica (CAAO) en el Observatorio Steward, el brazo de investigación del departamento de astronomía de la Universidad de Arizona (Tucson, AZ). El equipo de CAAO también es la última incorporación a la creciente red de clientes de RVS y, como tal, ha estado poniendo en marcha y aceptando la cámara de prueba de vacío térmico (TVAC) del proveedor durante los últimos meses.
“Estamos construyendo prototipos de instrumentos de investigación, incluidos sistemas de óptica adaptativa, detectores IR y UV avanzados y criostatos de alto rendimiento, que se incorporarán en futuros telescopios de satélites pequeños basados en el espacio”, explica Ewan Douglas, profesor asistente y astrónomo asistente. en el Observatorio Steward. Douglas, por su parte, encabeza un esfuerzo de investigación de amplio alcance que abarca instrumentación espacial, detección y control de frente de onda e imágenes de alto contraste de planetas extrasolares y discos de escombros. “Las capacidades de prueba de la cámara TVAC nos permitirán avanzar en la preparación técnica y de misión de nuestros instrumentos científicos y cargas útiles de satélites”, agrega. “De esta manera, esperamos que las respuestas de la Universidad de Arizona a las propuestas de financiación de la NASA sean mucho más convincentes”.
El detalle operativo
Para cualquier programa de prueba previo al lanzamiento, los desarrolladores de instrumentación como Douglas y sus colegas de la CAAO generalmente generarán un modelo de las temperaturas extremas que es probable que experimente una misión de satélite pequeño una vez en órbita. A esto le sigue un programa exhaustivo de pruebas de vacío térmico en laboratorio, esencial para la iteración y validación del modelo y para garantizar que cualquier unidad de calefacción/refrigeración localizada tenga el efecto deseado en los instrumentos de investigación de primera línea y su hardware asociado.
En este escenario, la cámara RVS TVAC permite a los desarrolladores evaluar el desempeño de la tecnología a lo largo de múltiples coordenadas. Una prueba de ciclo de vacío térmico, por ejemplo, verá el hardware y la instrumentación de la nave puestos a prueba y sujetos a un programa de "paso y repetición" de temperaturas extremas de calor y frío en un entorno de alto vacío, mientras que una prueba de equilibrio térmico tiene como objetivo demostrar la eficacia de los sistemas de control térmico de la nave para mantener la temperatura de los sistemas clave dentro de límites predefinidos. También existe un requisito de cocción al vacío, en el que el hardware del satélite se calienta a alta temperatura en condiciones de alto vacío para cuantificar los niveles de desgasificación del material (cuyos productos pueden afectar negativamente el funcionamiento de los sistemas de imágenes a bordo, radiadores térmicos, células solares y similares).
Aquí radica otra oportunidad. Incluso mientras el equipo de CAAO está superando los límites de rendimiento de su instrumentación basada en el espacio, un compromiso paralelo con la reducción de costos sigue siendo una parte muy importante de la mezcla de I+D, sobre todo en la implementación de hardware comercial listo para usar (COTS). y software (en lugar del desarrollo de soluciones tecnológicas a medida). "Un caso de uso clave para la cámara TVAC implica tomar productos COTS, por ejemplo, un detector óptico o una computadora a bordo, y asegurarse de que aún funcionen en un entorno similar al espacio", dice Douglas. “Las tecnologías COTS calificadas para el espacio son fundamentales para reducir el costo total de las misiones de astronomía de satélites pequeños”.
Entrega frente a requisitos
Igualmente importante es el énfasis que RVS pone en sus propios sistemas de vacío térmico listos para usar. Dicho de otra manera, eso significa pruebas térmicas a un precio asequible y, al mismo tiempo, garantiza que la facilidad de uso es primordial. "Al responder a nuestra convocatoria de propuestas, RVS fue competitivo en precio y entregó la funcionalidad deseada", señala Manny Montoya, gerente técnico de CAAO, quien encabeza un equipo diverso de ingenieros, técnicos y maquinistas que respaldan la investigación de Douglas y otros astrónomos en Observatorio Steward.
La funcionalidad en cuestión cubre una cámara de prueba de vacío de uso general que cualquier misión de satélite pequeño en el campus de Tucson puede usar para investigar los efectos de las temperaturas extremas en el alto vacío. Además, la cámara TVAC también brinda a los astrónomos del Observatorio Steward la capacidad de acceder a regímenes de vacío tan bajos como 10-8 Torr: un requisito esencial al calificar instrumentación de alta gama destinada a misiones científicas como Aspera. Este proyecto de la NASA, dirigido por el astrónomo Carlos Vargas del Observatorio Steward, está desarrollando un pequeño satélite de astrofísica ultravioleta extrema que mapeará el gas coronal de fase cálida-caliente alrededor de los halos de galaxias cercanas (y, a su vez, arrojará luz sobre la formación y evolución de galaxias). .
Sistemas de prueba de vacío térmico: preparándose para la calificación previa al vuelo de satélites pequeños
Otro elemento imprescindible de CAAO es el aislamiento de vibraciones, de modo que Douglas y su equipo puedan evaluar los sistemas de óptica adaptativa de precisión dentro de la cámara de prueba TVAC. En este sentido, RVS propuso una solución novedosa que consta de una mesa óptica suspendida por patas neumáticas fuera de la cámara de vacío, una configuración que aísla la óptica bajo prueba al amortiguar cualquier vibración que provenga del piso del edificio (por ejemplo, del tráfico rodado, o del apertura y cierre de puertas).
"Al responder a la solicitud de propuestas", concluye Montoya, "RVS hizo un gran trabajo al comprender los requisitos técnicos de CAAO y adaptar el sistema TVAC en consecuencia, lo que demuestra el amplio conocimiento técnico de la empresa sobre pruebas de vacío térmico para aplicaciones industriales y de investigación".
