Gli astronomi dell'Osservatorio Steward dell'Università dell'Arizona stanno utilizzando il kit di test di Rydberg Vacuum Sciences per accelerare lo sviluppo e la qualificazione di una nuova generazione di telescopi di ricerca per piccoli satelliti
Start-up tecnologica statunitense Scienze del vuoto Rydberg (RVS) continua a tracciare una traiettoria in avanti come fornitore di apparecchiature "go-to" nell'ecosistema emergente di test e misurazioni supportando lo sviluppo e la convalida di missioni spaziali di piccoli satelliti, in generale strumenti con una massa che varia da 1 a 500 kg . Più precisamente, RVS si sta ritagliando una nicchia specialistica nella fornitura di prodotti per la cottura sottovuoto termico e per il ciclo del vuoto termico a prezzi accessibili, tecnologie abilitanti fondamentali nel flusso di lavoro di qualificazione preflight per piccoli satelliti e i loro componenti costitutivi, sottosistemi e strumentazione.
Il contesto di mercato in evoluzione qui è istruttivo, in cui gli sviluppatori di piccoli satelliti stanno aprendo opportunità commerciali e scientifiche in applicazioni diverse come l'osservazione astronomica, il telerilevamento, la protezione ambientale e il monitoraggio e la logistica delle risorse. Al centro di tutto, l'innovazione dei piccoli satelliti sta procedendo a ritmo sostenuto, con produttori affermati e nuovi entranti, nonché gruppi di ricerca accademica, che comprimono sempre più funzionalità in carichi utili in continua diminuzione, abbassando ulteriormente le barriere all'ingresso nel industria spaziale.
Test per la prontezza alla missione
Tutto ciò si traduce in un'incessante pressione al ribasso sulle spese di capitale e operative degli sviluppatori di satelliti e dei loro team di ingegneri, non da ultimo quando si tratta dei rigorosi programmi di test necessari per qualificare i sistemi satellitari per il lancio e, in definitiva, per il funzionamento a lungo termine in orbita. Un caso di studio al riguardo è il Centro di Ottica Adattiva Astronomica (CAAO) al Steward Observatory, il braccio di ricerca del dipartimento di astronomia del University of Arizona (Tucson, Arizona). Il team CAAO è anche l'ultima aggiunta alla rete in crescita di clienti RVS e, come tale, ha sottoposto la camera di prova del vuoto termico (TVAC) del fornitore alla messa in servizio e all'accettazione negli ultimi due mesi.
"Stiamo costruendo prototipi di strumenti di ricerca, inclusi sistemi di ottica adattiva, rivelatori IR e UV avanzati e criostati ad alte prestazioni, che saranno incorporati nei futuri telescopi per piccoli satelliti spaziali", spiega Ewan Douglas, assistente professore e assistente astronomo presso l'Osservatorio Steward. Douglas, da parte sua, è a capo di uno sforzo di ricerca ad ampio raggio che comprende strumentazione spaziale, rilevamento e controllo del fronte d'onda e imaging ad alto contrasto di pianeti extrasolari e dischi di detriti. "Le capacità di test della camera TVAC ci consentiranno di migliorare la preparazione tecnica e di missione dei nostri strumenti scientifici e dei carichi utili dei satelliti", aggiunge. "In questo modo, speriamo di rendere le risposte dell'Università dell'Arizona alle proposte di finanziamento della NASA molto più convincenti".
Il dettaglio operativo
Per qualsiasi programma di test pre-lancio, sviluppatori di strumentazione come Douglas e i suoi colleghi CAAO genereranno in genere un modello delle temperature estreme che è probabile che una missione di un piccolo satellite sperimenterà una volta in orbita. Segue un programma completo di test del vuoto termico in laboratorio, essenziali per l'iterazione e la convalida della modellazione e per garantire che qualsiasi unità di riscaldamento/raffreddamento localizzata abbia l'effetto desiderato sugli strumenti di ricerca in prima linea e sul relativo hardware.
In questo scenario, la camera RVS TVAC consente agli sviluppatori di valutare le prestazioni della tecnologia lungo più coordinate. Un test del ciclo del vuoto termico, ad esempio, vedrà l'hardware e la strumentazione dell'imbarcazione messi alla prova e sottoposti a un programma "step-and-repeat" di temperature calde e fredde estreme in un ambiente ad alto vuoto, mentre un test di equilibrio termico mira a dimostrare l'efficacia dei sistemi di controllo termico dell'imbarcazione per mantenere la temperatura dei sistemi chiave entro limiti predefiniti. C'è anche un requisito di cottura sottovuoto, in cui l'hardware del satellite viene riscaldato ad alta temperatura sotto vuoto spinto per quantificare i livelli di degassamento del materiale (i cui prodotti possono influire negativamente sul funzionamento dei sistemi di imaging di bordo, radiatori termici, celle solari e simili).
Qui sta un'altra opportunità. Perché anche se il team CAAO sta spingendo i limiti delle prestazioni della sua strumentazione spaziale, un impegno parallelo per la riduzione dei costi rimane una parte fondamentale del mix di ricerca e sviluppo, non da ultimo nell'implementazione di hardware commerciale (COTS) e software (piuttosto che lo sviluppo di soluzioni tecnologiche su misura). "Un caso d'uso chiave per la camera TVAC consiste nel prendere i prodotti COTS - ad esempio un rilevatore ottico o un computer di bordo - e assicurarsi che funzionino ancora in un ambiente simile allo spazio", afferma Douglas. "Le tecnologie COTS qualificate per lo spazio sono fondamentali per ridurre il costo complessivo delle missioni di astronomia di piccoli satelliti".
Consegna contro requisiti
Altrettanto importante è l'enfasi che RVS pone sui propri sistemi di vuoto termico standard. In altre parole, ciò significa test termici a un prezzo appetibile, assicurando anche che la facilità d'uso sia fondamentale. "Rispondendo al nostro invito a presentare proposte, RVS è stato competitivo sul prezzo e fornito rispetto alla funzionalità desiderata", osserva Manny Montoya, responsabile tecnico CAAO, che dirige un team eterogeneo di ingegneri, tecnici e macchinisti che supporta la ricerca di Douglas e altri astronomi presso Osservatorio Steward.
La funzionalità in questione copre una camera di prova sottovuoto per uso generale che qualsiasi missione di piccoli satelliti nel campus di Tucson può utilizzare per studiare gli effetti delle temperature estreme nell'alto vuoto. Inoltre, la camera TVAC offre anche agli astronomi dello Steward Observatory la possibilità di accedere a regimi di vuoto a partire da 10-8 Torr – un requisito essenziale per qualificare una strumentazione di fascia alta destinata a missioni scientifiche come Aspera. Questo progetto della NASA, guidato dall'astronomo dell'Osservatorio Steward Carlos Vargas, sta sviluppando un piccolo satellite di astrofisica con raggi UV estremi che mapperà il gas coronale in fase calda e calda attorno agli aloni delle galassie vicine (e, a sua volta, farà luce sulla formazione e l'evoluzione delle galassie). .
Sistemi di prova in vuoto termico: attrezzaggio per la qualificazione preflight di piccoli satelliti
Un altro must-have CAAO è l'isolamento dalle vibrazioni, in modo che Douglas e il suo team possano valutare i sistemi di ottica adattiva di precisione all'interno della camera di prova TVAC. A questo proposito, RVS ha proposto una nuova soluzione comprendente un tavolo ottico sospeso da gambe pneumatiche all'esterno della camera a vuoto, una configurazione che isola l'ottica in prova smorzando le vibrazioni che attraversano il pavimento dell'edificio (dal traffico stradale in transito, ad esempio, o dal apertura e chiusura porte).
"Nel rispondere alla richiesta di proposte", conclude Montoya, "RVS ha svolto un ottimo lavoro comprendendo i requisiti tecnici di CAAO e adattando di conseguenza il sistema TVAC, a testimonianza della vasta conoscenza del settore tecnico dell'azienda sui test del vuoto termico per la ricerca e le applicazioni industriali".
