Astronomer ved University of Arizonas Steward Observatory bruker testsett fra Rydberg Vacuum Sciences for å raskere utviklingen og kvalifiseringen av en ny generasjon små-satellittforskningsteleskoper
Oppstart av teknologi i USA Rydberg Vacuum Sciences (RVS) fortsetter å kartlegge en bane fremover som en "go-to" utstyrsleverandør i det nye test-og-målingsøkosystemet som støtter utvikling og validering av romoppdrag med små satellitter - bredt instrumenter med en masse som varierer fra 1 til 500 kg . Mer presist skaper RVS en spesialistnisje innen levering av rimelige hylleprodukter for termisk vakuumbake-out og termisk vakuumsykling – kjernemuliggjørende teknologier i arbeidsflyten for preflight-kvalifisering for små satellitter og deres bestanddeler, undersystemer og instrumentering.
Den utviklende markedskonteksten her er lærerikt, en der småsatellittutviklere åpner for kommersielle og vitenskapelige muligheter innen så forskjellige applikasjoner som astronomisk observasjon, fjernmåling, miljøvern og aktivasporing og logistikk. I kjernen av det hele går innovasjon på små satellitter i takt, med etablerte og nykommere produsenter, så vel som akademiske forskningsgrupper, som klemmer mer og mer funksjonalitet inn i stadig avtagende nyttelast samtidig som barrierene for adgang til romindustrien.
Testing for oppdragsberedskap
Alt dette fører til et ubøyelig nedadgående press på kapital- og driftsutgiftene til satellittutviklere og deres ingeniørteam – ikke minst når det kommer til de krevende testprogrammene som trengs for å kvalifisere satellittsystemer for oppskyting og, til slutt, langsiktig drift i bane. En casestudie i denne forbindelse er Senter for astronomisk adaptiv optikk (CAAO) på Steward Observatory, forskningsarmen til avdelingen for astronomi ved University of Arizona (Tucson, AZ). CAAO-teamet er også det siste tilskuddet til det voksende nettverket av RVS-kunder og har som sådan satt leverandørens termiske vakuum (TVAC) testkammer gjennom igangkjøring og aksept i løpet av de siste par månedene.
"Vi bygger prototypeforskningsinstrumenter - inkludert adaptive optikksystemer, avanserte IR- og UV-detektorer og høyytelseskryostater - som vil bli integrert i fremtidige rombaserte småsatellittteleskoper," forklarer Ewan Douglas, assisterende professor og assisterende astronom. ved Steward Observatory. Douglas leder på sin side en bred forskningsinnsats som spenner over rominstrumentering, bølgefrontføling og kontroll, og høykontrastavbildning av ekstrasolare planeter og ruskskiver. "TVAC-kammerets testmuligheter vil gjøre oss i stand til å fremme den tekniske og misjonsberedskapen til våre vitenskapelige instrumenter og satellittnyttelast," legger han til. "På denne måten håper vi å gjøre svarene fra University of Arizona på NASA-finansieringsforslag så mye mer overbevisende."
Den operasjonelle detaljen
For ethvert forhåndslanseringstestprogram vil instrumentutviklere som Douglas og hans CAAO-kolleger vanligvis generere en modell av temperaturekstremitetene et lite satellittoppdrag sannsynligvis vil oppleve en gang i bane. Det etterfølges av et uttømmende program med laboratoriebasert termisk vakuumtesting – avgjørende for iterasjon og validering av modelleringen og for å sikre at eventuelle lokaliserte oppvarmings-/kjøleenheter har ønsket effekt på forskningsinstrumenter i frontlinjen og tilhørende maskinvare.
I dette scenariet lar RVS TVAC-kammeret utviklere evaluere teknologiytelse langs flere koordinater. En termisk vakuum-sykkeltest vil for eksempel se at fartøyets maskinvare og instrumentering blir utsatt for et "step-and-repeat"-program med ekstreme varme og kalde temperaturer i høyvakuummiljø, mens en termisk balansetest har som mål å demonstrere effektiviteten til fartøyets termiske kontrollsystemer for å holde temperaturen på nøkkelsystemer innenfor forhåndsdefinerte grenser. Det er også et vakuum-bake-out-krav, der satellittmaskinvaren varmes opp til høy temperatur under høyvakuum for å kvantifisere nivåene av materialutgassing (produktene som kan påvirke funksjonen til innebygde bildesystemer, termiske radiatorer, solceller negativt). o.l).
Her ligger en annen mulighet. For selv mens CAAO-teamet presser ytelsesgrensene for sin rombaserte instrumentering, er en parallell forpliktelse til kostnadsreduksjon fortsatt en stor del av FoU-miksen – ikke minst når det gjelder distribusjon av kommersiell hyllevare (COTS) maskinvare. og programvare (i stedet for utvikling av skreddersydde teknologiløsninger). "En viktig brukssak for TVAC-kammeret innebærer å ta COTS-produkter - for eksempel en optisk detektor eller en innebygd datamaskin - og sørge for at de fortsatt fungerer i et romlignende miljø," sier Douglas. "Romkvalifiserte COTS-teknologier er grunnleggende for å redusere de totale kostnadene for astronomioppdrag med små satellitter."
Leverer kontra krav
Like viktig er vekten som RVS legger på sine egne hyllevare termiske vakuumsystemer. Sagt på en annen måte betyr det termisk testing til et velsmakende prispunkt, samtidig som det sikrer at brukervennlighet er avgjørende. "Ved å svare på vår utlysning var RVS konkurransedyktig på pris og levert i forhold til ønsket funksjonalitet," bemerker Manny Montoya, teknisk sjef for CAAO, som leder et mangfoldig team av ingeniører, teknikere og maskinister som støtter forskningen til Douglas og andre astronomer ved Steward Observatory.
Den aktuelle funksjonaliteten dekker et generelt vakuumtestkammer som alle småsatellittoppdrag på Tucson-campus kan bruke for å undersøke effekten av ekstreme temperaturer i høyvakuum. Dessuten gir TVAC-kammeret også Steward Observatory-astronomer muligheten til å få tilgang til vakuumregimer så lave som 10-8 Torr – et essensielt krav når du kvalifiserer avansert instrumentering bestemt for vitenskapelige oppdrag som Aspera. Dette NASA-prosjektet, ledet av Steward Observatory-astronomen Carlos Vargas, utvikler en ekstrem-UV-astrofysisk liten satellitt som vil kartlegge den varme-varme-fase koronalgassen rundt nærliggende galaksehaloer (og i sin tur kaste lys over galaksedannelse og evolusjon) .
Termiske vakuumtestsystemer: klargjøring for preflight-kvalifisering av små satellitter
En annen CAAO må-ha er vibrasjonsisolering, slik at Douglas og teamet hans kan evaluere presisjonsadaptive optikksystemer inne i TVAC-testkammeret. I denne forbindelse foreslo RVS en ny løsning som omfatter et optisk bord hengt opp av pneumatiske ben utenfor vakuumkammeret – en konfigurasjon som isolerer optikken som testes ved å dempe eventuelle vibrasjoner som kommer gjennom bygningsgulvet (f.eks. fra passerende veitrafikk, eller fra dører som åpnes og lukkes).
"Ved å svare på forespørselen om forslag," konkluderer Montoya, "gjorde RVS en god jobb med å forstå CAAOs tekniske krav og tilpasse TVAC-systemet deretter - et vitnesbyrd om selskapets omfattende tekniske domenekunnskap om termisk vakuumtesting for forskning og industriapplikasjoner."
