Astronomowie z Obserwatorium Steward na Uniwersytecie Arizony używają zestawu testowego firmy Rydberg Vacuum Sciences do szybkiego śledzenia rozwoju i kwalifikacji nowej generacji małych teleskopów satelitarnych
Amerykański start-up technologiczny Nauki o próżni Rydberga (RVS) kontynuuje wyznaczanie postępowej trajektorii jako dostawca sprzętu „idź do” w powstającym ekosystemie testowo-pomiarowym wspierającym rozwój i walidację małych misji kosmicznych z satelitami – szeroko przyrządów o masie od 1 do 500 kg . Dokładniej, RVS tworzy specjalistyczną niszę w dostarczaniu przystępnych cenowo, gotowych produktów do wygrzewania próżniowego i termicznego cyklu próżniowego – kluczowych technologii wspomagających w przepływie pracy kwalifikacji przed lotem dla małych satelitów i ich komponentów, podsystemów i oprzyrządowanie.
Zmieniający się kontekst rynkowy jest tu pouczający, ponieważ deweloperzy zajmujący się małymi satelitami otwierają możliwości komercyjne i naukowe w zastosowaniach tak różnorodnych, jak obserwacje astronomiczne, teledetekcja, ochrona środowiska oraz śledzenie zasobów i logistyka. W centrum tego wszystkiego, innowacje w małych satelitach postępują w tempie, z uznanymi i nowicjuszami producentów, a także akademickimi grupami badawczymi, wciskając coraz więcej funkcji w stale zmniejszającą się ładowność, jednocześnie jeszcze bardziej obniżając bariery wejścia na rynek przemysł kosmiczny.
Testowanie gotowości na misję
Wszystko to przekłada się na nieustanną presję na obniżenie nakładów kapitałowych i operacyjnych deweloperów satelitów i ich zespołów inżynierskich – zwłaszcza jeśli chodzi o wymagające programy testowe potrzebne do zakwalifikowania systemów satelitarnych do wystrzelenia, a ostatecznie do długoterminowej eksploatacji na orbicie. Studium przypadku w tym zakresie to: Centrum Astronomicznej Optyki Adaptacyjnej (CAAO) w Obserwatorium Stewarda, dział naukowy wydziału astronomii przy University of Arizona (Tucson, Arizona). Zespół CAAO jest również najnowszym członkiem rosnącej sieci klientów RVS i jako taki poddawał w ciągu ostatnich kilku miesięcy komorę testową próżni termicznej (TVAC) dostawcy do uruchomienia i odbioru.
„Budujemy prototypowe instrumenty badawcze – w tym systemy optyki adaptacyjnej, zaawansowane detektory IR i UV oraz wysokowydajne kriostaty – które zostaną włączone do przyszłych kosmicznych małych teleskopów satelitarnych” – wyjaśnia Ewan Douglas, adiunkt i asystent astronoma. w Obserwatorium Steward. Ze swojej strony Douglas kieruje szeroko zakrojonymi pracami badawczymi obejmującymi oprzyrządowanie kosmiczne, wykrywanie i kontrolę czoła fali oraz wysokokontrastowe obrazowanie planet pozasłonecznych i dysków szczątkowych. „Możliwości testowe komory TVAC umożliwią nam zwiększenie gotowości technicznej i gotowości naszych instrumentów naukowych i ładunków satelitarnych” – dodaje. „W ten sposób mamy nadzieję, że odpowiedzi University of Arizona na propozycje finansowania NASA będą znacznie bardziej przekonujące”.
Szczegóły operacyjne
W przypadku każdego programu testów przedstartowych twórcy oprzyrządowania, tacy jak Douglas i jego koledzy z CAAO, zazwyczaj generują model ekstremalnych temperatur, jakich może doświadczyć mała misja satelitarna na orbicie. Po tym następuje wyczerpujący program laboratoryjnego testowania próżni termicznej – niezbędny do iteracji i walidacji modelowania oraz do zapewnienia, że wszelkie zlokalizowane urządzenia grzewcze/chłodzące mają pożądany wpływ na czołowe instrumenty badawcze i powiązany z nimi sprzęt.
W tym scenariuszu komora RVS TVAC umożliwia programistom ocenę wydajności technologii wzdłuż wielu współrzędnych. Na przykład test termicznego cyklu próżniowego pozwoli na sprawdzenie sprzętu i oprzyrządowania statku i poddanie go programowi „krok i powtarzanie” ekstremalnie wysokich i niskich temperatur w środowisku o wysokiej próżni, podczas gdy test równowagi termicznej ma na celu zademonstrowanie skuteczności systemów kontroli termicznej jednostki w utrzymywaniu temperatury kluczowych systemów w określonych granicach. Istnieje również wymóg próżniowego wypalania, w którym sprzęt satelity jest podgrzewany do wysokiej temperatury w wysokiej próżni, aby określić ilościowo poziomy odgazowania materiału (którego produkty mogą niekorzystnie wpływać na działanie pokładowych systemów obrazowania, grzejników termicznych, ogniw słonecznych i tym podobne).
W tym tkwi kolejna okazja. Nawet jeśli zespół CAAO przesuwa granice wydajności swojego oprzyrządowania kosmicznego, równoległe zobowiązanie do redukcji kosztów pozostaje w dużej mierze częścią miksu badawczo-rozwojowego – nie tylko w zakresie wdrażania komercyjnego sprzętu z półki (COTS) i oprogramowanie (zamiast opracowywania szytych na miarę rozwiązań technologicznych). „Kluczowym przypadkiem użycia komory TVAC jest zabranie produktów COTS – powiedzmy detektora optycznego lub komputera pokładowego – i upewnienie się, że nadal działają w środowisku podobnym do kosmosu” – mówi Douglas. „Technologie COTS kwalifikowane do kosmosu mają fundamentalne znaczenie dla obniżenia całkowitych kosztów misji astronomicznych na małych satelitach”.
Dostarczanie a wymagania
Równie ważny jest nacisk, jaki RVS kładzie na własne, gotowe systemy próżni termicznej. Innymi słowy, oznacza to testy termiczne w przystępnej cenie, przy jednoczesnym zapewnieniu, że łatwość użytkowania jest najważniejsza. „Odpowiadając na nasze zaproszenie do składania wniosków, RVS był konkurencyjny pod względem ceny i zapewniał pożądaną funkcjonalność”, zauważa Manny Montoya, kierownik techniczny CAAO, który kieruje zróżnicowanym zespołem inżynierów, techników i mechaników wspierających badania Douglasa i innych astronomów w Obserwatorium Stewarda.
Omawiana funkcjonalność obejmuje komorę do testów próżniowych ogólnego przeznaczenia, którą każda misja z małymi satelitami na terenie kampusu Tucson może wykorzystać do zbadania skutków skrajnych temperatur w wysokiej próżni. Co więcej, komora TVAC daje również astronomom Steward Observatory możliwość dostępu do reżimów próżniowych tak niskich jak 10-8 Torr – niezbędny wymóg przy kwalifikowaniu wysokiej klasy oprzyrządowania przeznaczonego do misji naukowych takich jak Aspera. Ten projekt NASA, kierowany przez astronoma Steward Observatory, Carlosa Vargasa, opracowuje małego satelitę astrofizycznego w ekstremalnym ultrafiolecie, który będzie mapować gorący, gorący gaz koronalny wokół pobliskich halo galaktyk (i z kolei rzuca światło na powstawanie i ewolucję galaktyk) .
Systemy do testowania próżni termicznej: przygotowanie do kwalifikacji małych satelitów przed lotem
Kolejnym niezbędnym elementem CAAO jest izolacja drgań, dzięki której Douglas i jego zespół mogą ocenić precyzyjne systemy optyki adaptacyjnej wewnątrz komory testowej TVAC. W tym zakresie firma RVS zaproponowała nowatorskie rozwiązanie polegające na zawieszeniu stołu optycznego na pneumatycznych nogach na zewnątrz komory próżniowej – konfiguracji, która izoluje badaną optykę poprzez tłumienie wszelkich wibracji przechodzących przez podłogę budynku (np. otwieranie i zamykanie drzwi).
„Odpowiadając na zapytanie ofertowe”, podsumowuje Montoya, „RVS wykonał świetną robotę, rozumiejąc wymagania techniczne CAAO i odpowiednio dostosowując system TVAC – co świadczy o rozległej wiedzy technicznej firmy na temat termicznych testów próżniowych do zastosowań badawczych i przemysłowych”.
