Arizonan yliopiston Steward Observatoryn tähtitieteilijät käyttävät Rydberg Vacuum Sciencesin testisarjaa nopeuttaakseen uuden sukupolven piensatelliittitutkimusteleskooppeja.
USA:n teknologian käynnistys Rydbergin tyhjiötieteet (RVS) jatkaa eteenpäin suuntautuvan liikeradan kartoittamista "go-to"-laitteiden toimittajana nousevassa testaus- ja mittausekosysteemissä, joka tukee pienten satelliittien avaruustehtävien kehittämistä ja validointia – laajalti instrumentteja, joiden massa vaihtelee 1–500 kg. . Tarkemmin sanottuna RVS on luomassa erityistä markkinarakoa kohtuuhintaisten, valmiiden lämpötyhjiöpaisto- ja lämpötyhjiöpyöräilytuotteiden tarjontaan – keskeisiä mahdollistavia teknologioita pienten satelliittien ja niiden komponenttien, osajärjestelmien ja instrumentointi.
Kehittyvät markkinakontekstit ovat opettavaisia, ja piensatelliittien kehittäjät avaavat kaupallisia ja tieteellisiä mahdollisuuksia niinkin monipuolisissa sovelluksissa kuin tähtitieteellisessä havainnointi, kaukokartoitus, ympäristönsuojelu sekä omaisuuden seuranta ja logistiikka. Kaiken ytimessä piensatelliittien innovointi etenee vauhdilla, ja vakiintuneet ja uudet tulokkaat valmistajat sekä akateemiset tutkimusryhmät puristavat yhä enemmän toimintoja jatkuvasti pienentyviin hyötykuormiin ja alentavat entisestään markkinoille pääsyn esteitä. avaruusteollisuus.
Tehtävävalmiuden testaus
Kaikki tämä merkitsee säälimätöntä laskupainetta satelliittikehittäjien ja heidän suunnittelutiimiensä pääomaan ja käyttökustannuksiin – ei vähiten mitä tulee vaativiin testiohjelmiin, joita tarvitaan satelliittijärjestelmien kelpuuttamiseksi laukaisua varten ja viime kädessä pitkäkestoiseen toimintaan kiertoradalla. Tapaustutkimus tähän liittyen on Tähtitieteellisen adaptiivisen optiikan keskus (CAAO) osoitteessa Stewardin observatorio, tähtitieteen laitoksen tutkimusosasto University of Arizona (Tucson, AZ). CAAO-tiimi on myös uusin lisäys kasvavaan RVS-asiakkaiden verkostoon, ja siksi se on ottanut myyjän lämpötyhjiön (TVAC) testikammiota käyttöön ja hyväksynyt viimeisten parin kuukauden aikana.
"Rakennamme prototyyppitutkimusinstrumentteja – mukaan lukien mukautuvat optiikkajärjestelmät, kehittyneet IR- ja UV-ilmaisimet ja korkean suorituskyvyn kryostaatit -, jotka liitetään tuleviin avaruuspohjaisiin pieniin satelliittiteleskoopeihin", selittää Ewan Douglas, apulaisprofessori ja apulaisastronomi. Stewardin observatoriossa. Douglas puolestaan johtaa laaja-alaista tutkimustyötä, joka kattaa avaruusinstrumentoinnin, aaltorintaman tunnistuksen ja ohjauksen sekä suuren kontrastin auringonulkoisten planeettojen ja roskalevyjen kuvantamisen. "TVAC-kammion testausominaisuudet antavat meille mahdollisuuden edistää tieteellisten instrumenttemme ja satelliittihyötykuormiemme teknistä ja käyttökelpoisuutta", hän lisää. "Tällä tavalla toivomme saavamme Arizonan yliopiston vastaukset NASAn rahoitusehdotuksiin paljon vakuuttavampia."
Toiminnan yksityiskohdat
Mitä tahansa laukaisua edeltävää testiohjelmaa varten instrumenttien kehittäjät, kuten Douglas ja hänen CAAO-kollegansa, luovat tyypillisesti mallin äärilämpötiloista, joita pieni satelliittilento todennäköisesti kokee kiertoradalla. Sitä seuraa kattava ohjelma laboratoriopohjaista lämpötyhjiötestausta – olennaista mallinnuksen iteroinnin ja validoinnin kannalta ja sen varmistamiseksi, että kaikilla paikallisilla lämmitys-/jäähdytysyksiköillä on haluttu vaikutus etulinjan tutkimusinstrumentteihin ja niihin liittyviin laitteistoihin.
Tässä skenaariossa RVS TVAC -kammio antaa kehittäjille mahdollisuuden arvioida teknologian suorituskykyä useiden koordinaattien mukaan. Esimerkiksi lämpötyhjiökiertotestissä aluksen laitteistot ja instrumentit käyvät läpi vauhtinsa ja altistetaan "askel ja toista" -ohjelma äärimmäisille kuumille ja kylmille lämpötiloille korkeatyhjiöympäristössä, ja lämpötasapainotesti. tavoitteena on osoittaa aluksen lämmönsäätöjärjestelmien tehokkuus keskeisten järjestelmien lämpötilan pitämisessä ennalta määritetyissä rajoissa. Lisäksi on olemassa tyhjiöpaistovaatimus, jossa satelliittilaitteisto lämmitetään korkeaan lämpötilaan korkeassa tyhjiössä, jotta voidaan määrittää materiaalin poistuminen (jonka tuotteet voivat vaikuttaa haitallisesti ajoneuvojen kuvantamisjärjestelmien, lämpöpatterien ja aurinkokennojen toimintaan) ja vastaavat).
Tässä on toinen mahdollisuus. Sillä vaikka CAAO-tiimi työntää avaruuteen perustuvien instrumentointiensa suorituskykyrajoja, samanaikainen sitoutuminen kustannusten alentamiseen on edelleen suurelta osin osa T&K-valikoimaa – ei vähiten kaupallisten valmiiden laitteistojen (COTS) käyttöönotossa. ja ohjelmistot (eikä räätälöityjen teknologiaratkaisujen kehittäminen). "TVAC-kammion keskeinen käyttötapa on ottaa COTS-tuotteet - esimerkiksi optinen ilmaisin tai laivatietokone - ja varmistaa, että ne toimivat edelleen avaruutta muistuttavassa ympäristössä", Douglas sanoo. "Avaruuskelpoiset COTS-tekniikat ovat perustavanlaatuisia pienten satelliittien tähtitieteellisten tehtävien kokonaiskustannusten alentamiseksi."
Toimitus versus vaatimukset
Yhtä tärkeää on se, että RVS korostaa omia valmiita lämpötyhjiöjärjestelmiä. Toisin sanoen tämä tarkoittaa lämpötestausta miellyttävällä hinnalla ja samalla varmistaen, että helppokäyttöisyys on ensiarvoisen tärkeää. "Vastatessaan ehdotuspyyntöömme RVS oli kilpailukykyinen hinnaltaan ja toimitettu verrattuna haluttuun toimivuuteen", toteaa Manny Montoya, CAAO:n tekninen johtaja, joka johtaa monipuolista insinöörien, teknikkojen ja koneistajien tiimiä, joka tukee Douglasin ja muiden tähtitieteilijöiden tutkimusta. Stewardin observatorio.
Kyseinen toiminnallisuus kattaa yleiskäyttöisen tyhjiökokammion, jota jokainen Tucsonin kampuksella sijaitseva pieni satelliitti voi käyttää äärimmäisten lämpötilojen vaikutusten tutkimiseen korkeassa tyhjiössä. Lisäksi TVAC-kammio antaa Steward Observatoryn tähtitieteilijöille mahdollisuuden päästä käsiksi tyhjiöjärjestelmiin jopa 10-8 Torr – olennainen vaatimus, kun pätevöitetään huippuluokan instrumentteja, jotka on tarkoitettu tieteellisiin tehtäviin, kuten aspera. Tämä NASA-projekti, jota johtaa Steward Observatory tähtitieteilijä Carlos Vargas, kehittää äärimmäisen UV-astrofysiikan pientä satelliittia, joka kartoittaa lämpimän ja kuuman faasin koronakaasun lähellä olevien galaksikehojen ympärillä (ja vuorostaan valaisee galaksien muodostumista ja evoluutiota). .
Lämpölyhjötestijärjestelmät: valmistautuminen pienten satelliittien lentoa edeltävään kelpuutukseen
Toinen CAAO:n välttämättömyys on tärinän eristys, jotta Douglas ja hänen tiiminsä voivat arvioida tarkkoja adaptiivisia optiikkajärjestelmiä TVAC-testikammion sisällä. Tältä osin RVS ehdotti uutta ratkaisua, joka käsittää optisen pöydän, joka on ripustettu pneumaattisilla jaloilla tyhjiökammion ulkopuolelle – konfiguraatio, joka eristää testattavan optiikan vaimentamalla rakennuksen lattian läpi tulevaa tärinää (esim. ohikulkevasta tieliikenteestä tai ovien avaaminen ja sulkeminen).
"Vastatessaan ehdotuspyyntöön", Montoya päättää, "RVS teki hienoa työtä ymmärtääkseen CAAO:n tekniset vaatimukset ja mukauttaakseen TVAC-järjestelmän niiden mukaisesti - mikä on osoitus yrityksen laajasta teknisestä tietämyksestä lämpötyhjiötestauksessa tutkimus- ja teollisuussovelluksissa."
