Les tests de vide thermique aident les télescopes de recherche de petits satellites à regarder vers les étoiles

Start-up technologique américaine Sciences du vide Rydberg (RVS) continue de tracer une trajectoire vers l'avant en tant que fournisseur d'équipement incontournable dans l'écosystème émergent de test et de mesure soutenant le développement et la validation de missions spatiales de petits satellites - généralement des instruments d'une masse allant de 1 à 500 kg . Plus précisément, RVS se taille un créneau spécialisé dans la fourniture de produits d'étuvage sous vide thermique et de cycle sous vide thermique abordables et prêts à l'emploi - des technologies habilitantes de base dans le flux de travail de qualification en amont pour les petits satellites et leurs composants constitutifs, sous-systèmes et instrumentation.

Le contexte de marché en évolution est ici instructif, dans lequel les développeurs de petits satellites ouvrent des opportunités commerciales et scientifiques dans des applications aussi diverses que l'observation astronomique, la télédétection, la protection de l'environnement, le suivi des actifs et la logistique. Au cœur de tout cela, l'innovation dans le domaine des petits satellites progresse à un rythme soutenu, avec des fabricants établis et nouveaux entrants, ainsi que des groupes de recherche universitaires, intégrant de plus en plus de fonctionnalités dans des charges utiles de plus en plus réduites tout en abaissant davantage les barrières à l'entrée sur le marché. l'industrie spatiale.

Test de préparation à la mission

Tout cela se traduit par une pression à la baisse incessante sur les dépenses d'investissement et d'exploitation des développeurs de satellites et de leurs équipes d'ingénieurs, notamment en ce qui concerne les programmes de test rigoureux nécessaires pour qualifier les systèmes de satellites pour le lancement et, finalement, le fonctionnement à long terme en orbite. Une étude de cas à cet égard est la Centre d'optique adaptative astronomique (CAAO) à la Observatoire de Steward, la branche de recherche du département d'astronomie du Université de l'Arizona (Tucson, AZ). L'équipe de CAAO est également le dernier ajout au réseau croissant de clients RVS et, à ce titre, a mis en service et accepté la chambre d'essai à vide thermique (TVAC) du fournisseur au cours des deux derniers mois.

"Nous construisons des prototypes d'instruments de recherche - y compris des systèmes d'optique adaptative, des détecteurs infrarouges et UV avancés et des cryostats haute performance - qui seront intégrés dans les futurs télescopes spatiaux à petits satellites", explique Ewan Douglas, professeur adjoint et astronome adjoint. à l'Observatoire Steward. Douglas, pour sa part, dirige un effort de recherche à grande échelle couvrant l'instrumentation spatiale, la détection et le contrôle du front d'onde et l'imagerie à contraste élevé des planètes extrasolaires et des disques de débris. « Les capacités de test de la chambre TVAC nous permettront de faire progresser la préparation technique et opérationnelle de nos instruments scientifiques et des charges utiles des satellites », ajoute-t-il. "De cette façon, nous espérons rendre les réponses de l'Université de l'Arizona aux propositions de financement de la NASA beaucoup plus convaincantes."

Le détail opérationnel

Pour tout programme de test de pré-lancement, les développeurs d'instruments comme Douglas et ses collègues de la CAAO génèrent généralement un modèle des températures extrêmes qu'une mission de petit satellite est susceptible de rencontrer une fois en orbite. Cela est suivi d'un programme exhaustif de tests de vide thermique en laboratoire - essentiels pour l'itération et la validation de la modélisation et pour s'assurer que toutes les unités de chauffage/refroidissement localisées ont l'effet souhaité sur les instruments de recherche de première ligne et leur matériel associé.

Dans ce scénario, la chambre RVS TVAC permet aux développeurs d'évaluer les performances de la technologie selon plusieurs coordonnées. Un test de cycle de vide thermique, par exemple, verra le matériel et l'instrumentation de l'engin mis à l'épreuve et soumis à un programme "étape et répétition" de températures extrêmes chaudes et froides dans un environnement de vide poussé, tandis qu'un test d'équilibre thermique vise à démontrer l'efficacité des systèmes de contrôle thermique de l'engin pour maintenir la température des systèmes clés dans des limites prédéfinies. Il existe également une exigence d'étuvage sous vide, dans laquelle le matériel du satellite est chauffé à haute température sous vide poussé pour quantifier les niveaux de dégazage des matériaux (dont les produits peuvent nuire au fonctionnement des systèmes d'imagerie embarqués, des radiateurs thermiques, des cellules solaires etc).

C'est là une autre opportunité. Car même si l'équipe CAAO repousse les limites de performance de son instrumentation spatiale, un engagement parallèle à la réduction des coûts fait toujours partie intégrante du mix R&D - notamment dans le déploiement de matériel commercial prêt à l'emploi (COTS) et logiciels (plutôt que le développement de solutions technologiques sur mesure). "Un cas d'utilisation clé pour la chambre TVAC consiste à prendre des produits COTS - disons un détecteur optique ou un ordinateur de bord - et à s'assurer qu'ils fonctionnent toujours dans un environnement semblable à l'espace", explique Douglas. "Les technologies COTS qualifiées pour l'espace sont fondamentales pour réduire le coût global des missions d'astronomie de petits satellites."

Livraison par rapport aux exigences

Tout aussi important est l'accent mis par RVS sur ses propres systèmes de vide thermique prêts à l'emploi. Autrement dit, cela signifie des tests thermiques à un prix acceptable tout en garantissant que la facilité d'utilisation est primordiale. "En répondant à notre appel à propositions, RVS était compétitif sur le prix et fourni par rapport aux fonctionnalités souhaitées", note Manny Montoya, directeur technique de CAAO, qui dirige une équipe diversifiée d'ingénieurs, de techniciens et de machinistes soutenant la recherche de Douglas et d'autres astronomes à Observatoire des intendants.

La fonctionnalité en question couvre une chambre d'essai sous vide à usage général que toute mission de petit satellite sur le campus de Tucson peut utiliser pour étudier les effets des températures extrêmes dans le vide poussé. De plus, la chambre TVAC donne également aux astronomes de l'Observatoire Steward la possibilité d'accéder à des régimes de vide aussi bas que 10^-8 Torr - une exigence essentielle lors de la qualification d'instruments haut de gamme destinés à des missions scientifiques telles que Aspera. Ce projet de la NASA, dirigé par l'astronome de l'Observatoire Steward Carlos Vargas, développe un petit satellite d'astrophysique UV extrême qui cartographiera le gaz coronal en phase chaude autour des halos de galaxies proches (et, à son tour, éclairera la formation et l'évolution des galaxies) .

Un autre incontournable de la CAAO est l'isolation des vibrations, afin que Douglas et son équipe puissent évaluer les systèmes d'optique adaptative de précision à l'intérieur de la chambre d'essai TVAC. A cet égard, RVS a proposé une solution originale comprenant une table optique suspendue par des pieds pneumatiques à l'extérieur de la chambre à vide - une configuration qui isole l'optique testée en amortissant les vibrations provenant du sol du bâtiment (du passage du trafic routier, par exemple, ou du ouverture et fermeture des portes).

"En répondant à la demande de propositions", conclut Montoya, "RVS a fait un excellent travail pour comprendre les exigences techniques de CAAO et adapter le système TVAC en conséquence, ce qui témoigne de la connaissance approfondie du domaine technique de l'entreprise en matière d'essais sous vide thermique pour la recherche et les applications industrielles."