Astronomen van het Steward Observatory van de Universiteit van Arizona gebruiken een testkit van Rydberg Vacuum Sciences om de ontwikkeling en kwalificatie van een nieuwe generatie onderzoekstelescopen met kleine satellieten te versnellen
Amerikaanse technologie start-up Rydberg Vacuümwetenschappen (RVS) blijft een voorwaarts traject in kaart brengen als leverancier van "go-to"-apparatuur in het opkomende ecosysteem voor testen en meten ter ondersteuning van de ontwikkeling en validatie van ruimtemissies met kleine satellieten - in het algemeen instrumenten met een massa variërend van 1 tot 500 kg . Meer precies, RVS is een specialistische niche aan het uitbouwen in het leveren van betaalbare, kant-en-klare thermische vacuüm bake-out en thermische vacuümcyclische producten - kerntechnologieën in de preflight-kwalificatieworkflow voor kleine satellieten en hun samenstellende componenten, subsystemen en instrumentatie.
De zich hier ontwikkelende marktcontext is leerzaam, een waarin ontwikkelaars van kleine satellieten commerciële en wetenschappelijke mogelijkheden openen in uiteenlopende toepassingen als astronomische observatie, teledetectie, milieubescherming en het volgen van activa en logistiek. De kern van dit alles is de innovatie van kleine satellieten, waarbij gevestigde en nieuwe fabrikanten, evenals academische onderzoeksgroepen, steeds meer functionaliteit in een steeds kleiner wordend laadvermogen persen, terwijl de drempels voor toegang tot de markt verder worden verlaagd. ruimte-industrie.
Testen op missiegereedheid
Dit alles vertaalt zich in een meedogenloze neerwaartse druk op de kapitaal- en operationele uitgaven van satellietontwikkelaars en hun technische teams, niet in het minst als het gaat om de veeleisende testprogramma's die nodig zijn om satellietsystemen te kwalificeren voor lancering en uiteindelijk voor langdurig gebruik in een baan om de aarde. Een case study in dit verband is de Centrum voor Astronomische Adaptieve Optica (CAAO) aan de Steward Observatory, de onderzoeksafdeling van de afdeling astronomie aan de Universiteit van Arizona (Tucson, AZ). Het CAAO-team is ook de nieuwste toevoeging aan het groeiende netwerk van RVS-klanten en heeft als zodanig de afgelopen maanden de thermische vacuümtestkamer (TVAC) van de leverancier door de inbedrijfstelling en acceptatie gebracht.
"We bouwen prototype onderzoeksinstrumenten - inclusief adaptieve optische systemen, geavanceerde IR- en UV-detectoren en hoogwaardige cryostaten - die zullen worden opgenomen in toekomstige kleine satelliettelescopen in de ruimte", legt Ewan Douglas, assistent-professor en assistent-astronoom uit bij het Steward Observatorium. Douglas van zijn kant leidt een brede onderzoeksinspanning die ruimte-instrumentatie, golffrontdetectie en -controle en contrastrijke beeldvorming van extrasolaire planeten en puinschijven omvat. "De testmogelijkheden van de TVAC-kamer zullen ons in staat stellen om de technische en missiegereedheid van onze wetenschappelijke instrumenten en satellietladingen te verbeteren", voegt hij eraan toe. "Op deze manier hopen we de antwoorden van de Universiteit van Arizona op NASA-financieringsvoorstellen veel overtuigender te maken."
Het operationele detail
Voor elk testprogramma voor de lancering zullen instrumentatieontwikkelaars zoals Douglas en zijn CAAO-collega's doorgaans een model genereren van de extreme temperaturen die een kleine satellietmissie waarschijnlijk zal ervaren als ze eenmaal in een baan om de aarde zijn. Dat wordt gevolgd door een uitgebreid programma van laboratoriumgebaseerde thermische vacuümtesten - essentieel voor iteratie en validatie van de modellering en om ervoor te zorgen dat lokale verwarmings-/koelunits het gewenste effect hebben op eerstelijns onderzoeksinstrumenten en de bijbehorende hardware.
In dit scenario stelt de RVS TVAC-kamer ontwikkelaars in staat om de technologieprestaties langs meerdere coördinaten te evalueren. Een thermische vacuümcyclustest, bijvoorbeeld, zal de hardware en instrumentatie van het vaartuig op de proef stellen en onderwerpen aan een "stap-en-herhaal" -programma van extreme warme en koude temperaturen in een hoogvacuümomgeving, terwijl een thermische balanstest heeft tot doel de effectiviteit aan te tonen van de thermische regelsystemen van het vaartuig om de temperatuur van belangrijke systemen binnen vooraf gedefinieerde limieten te houden. Er is ook een vacuüm bake-out-vereiste, waarbij de satelliethardware onder hoog vacuüm tot hoge temperatuur wordt verwarmd om de mate van materiaaluitgassing te kwantificeren (waarvan de producten de werking van on-board imaging-systemen, thermische radiatoren, zonnecellen negatief kunnen beïnvloeden en dergelijke).
Hierin ligt nog een kans. Want zelfs terwijl het CAAO-team de prestatielimieten van zijn op de ruimte gebaseerde instrumentatie verlegt, blijft een parallelle inzet voor kostenbesparing een groot deel van de R&D-mix - niet in de laatste plaats bij de inzet van commerciële kant-en-klare hardware (COTS) en software (in plaats van de ontwikkeling van op maat gemaakte technologische oplossingen). "Een belangrijke use-case voor de TVAC-kamer is het nemen van COTS-producten, bijvoorbeeld een optische detector of een boordcomputer, en ervoor zorgen dat ze nog steeds werken in een ruimteachtige omgeving", zegt Douglas. "Voor de ruimte gekwalificeerde COTS-technologieën zijn van fundamenteel belang om de totale kosten van astronomische missies met kleine satellieten te verlagen."
Leveren versus eisen
Even belangrijk is de nadruk die RVS legt op zijn eigen kant-en-klare thermische vacuümsystemen. Anders gezegd, dat betekent thermisch testen tegen een aantrekkelijke prijs, terwijl gebruiksgemak voorop staat. "Bij het reageren op onze oproep tot het indienen van voorstellen, was RVS concurrerend op prijs en geleverd versus gewenste functionaliteit", merkt Manny Montoya op, technisch manager CAAO, die leiding geeft aan een divers team van ingenieurs, technici en machinisten die het onderzoek van Douglas en andere astronomen ondersteunen bij Steward Observatorium.
De functionaliteit in kwestie omvat een vacuümtestkamer voor algemene doeleinden die elke kleine satellietmissie op de Tucson-campus kan gebruiken om de effecten van extreme temperaturen in hoog vacuüm te onderzoeken. Bovendien geeft de TVAC-kamer Steward Observatory-astronomen ook toegang tot vacuümregimes van slechts 10-8 Torr - een essentiële vereiste bij het kwalificeren van hoogwaardige instrumenten die bestemd zijn voor wetenschappelijke missies zoals: Aspera. Dit NASA-project, geleid door Steward Observatory-astronoom Carlos Vargas, ontwikkelt een kleine extreem-UV-astrofysische satelliet die het warme-hete-fase coronale gas rond nabije halo's van sterrenstelsels in kaart zal brengen (en op zijn beurt licht werpt op de vorming en evolutie van sterrenstelsels) .
Thermische vacuümtestsystemen: klaar voor preflight-kwalificatie van kleine satellieten
Een andere must-have van CAAO is trillingsisolatie, zodat Douglas en zijn team nauwkeurige adaptieve optische systemen in de TVAC-testkamer kunnen evalueren. In dit opzicht stelde RVS een nieuwe oplossing voor, bestaande uit een optische tafel opgehangen aan pneumatische poten buiten de vacuümkamer - een configuratie die de te testen optica isoleert door trillingen te dempen die door de vloer van het gebouw komen (bijvoorbeeld van passerend wegverkeer of van deuren openen en sluiten).
"Door te reageren op het verzoek om voorstellen", besluit Montoya, "heeftRVS uitstekend werk verricht door de technische vereisten van CAAO te begrijpen en het TVAC-systeem dienovereenkomstig aan te passen - een bewijs van de uitgebreide technische domeinkennis van het bedrijf over thermisch vacuümtesten voor onderzoek en industriële toepassingen."
