Astronomii de la Observatorul Steward al Universității din Arizona folosesc trusa de testare de la Rydberg Vacuum Sciences pentru a accelera dezvoltarea și calificarea unei noi generații de telescoape de cercetare cu sateliti mici.
Start-up de tehnologie din SUA Științe ale vidului Rydberg (RVS) continuă să traseze o traiectorie înainte ca furnizor de echipamente „go-to” în ecosistemul emergent de testare și măsurare care sprijină dezvoltarea și validarea misiunilor spațiale cu sateliti mici – în linii mari instrumente cu o masă cuprinsă între 1 și 500 kg . Mai precis, RVS își creează o nișă de specialitate în furnizarea de produse de coacere termică în vid și de ciclism în vid termic la preț accesibil – tehnologii de bază în fluxul de lucru de calificare înainte de zbor pentru sateliții mici și componentele, subsistemele și subsistemele lor constitutive. instrumentaţie.
Contextul pieței în evoluție aici este instructiv, unul în care dezvoltatorii de sateliți mici deschid oportunități comerciale și științifice în aplicații la fel de diverse precum observația astronomică, teledetecția, protecția mediului și urmărirea activelor și logistica. În centrul tuturor, inovația din sateliți mici se desfășoară în ritm, cu producători consacrați și nou-intrați, precum și grupuri de cercetare academică, storcând din ce în ce mai multă funcționalitate în sarcini utile în scădere, reducând în același timp barierele de intrare în industria spațială.
Testarea pregătirii pentru misiune
Toate acestea se traduc într-o presiune în scădere neobosită asupra capitalului și a cheltuielilor operaționale ale dezvoltatorilor de sateliți și ale echipelor lor de inginerie – nu în ultimul rând când vine vorba de programele de testare exacte necesare pentru a califica sistemele de satelit pentru lansare și, în cele din urmă, operarea pe termen lung pe orbită. Un studiu de caz în acest sens este cel Centrul de optică adaptivă astronomică (CAAO) la Observatorul Steward, brațul de cercetare al departamentului de astronomie de la Universitatea din Arizona (Tucson, AZ). Echipa CAAO este, de asemenea, cea mai recentă adăugare la rețeaua în creștere de clienți RVS și, ca atare, a supus camerei de testare cu vid termic (TVAC) a furnizorului prin punere în funcțiune și acceptare în ultimele două luni.
„Construim instrumente de cercetare prototip – inclusiv sisteme de optică adaptivă, detectoare IR și UV avansate și criostate de înaltă performanță – care vor fi încorporate în viitoarele telescoape cu sateliti mici bazate pe spațiu”, explică Ewan Douglas, profesor asistent și astronom asistent. la Observatorul Steward. Douglas, la rândul său, conduce un efort larg de cercetare care acoperă instrumentele spațiale, detectarea și controlul frontului de undă și imagistica cu contrast ridicat a planetelor extrasolare și a discurilor de resturi. „Capacitățile de testare ale camerei TVAC ne vor permite să avansăm pregătirea tehnică și pentru misiune a instrumentelor noastre științifice și a încărcăturilor utile prin satelit”, adaugă el. „În acest fel, sperăm să facem ca răspunsurile Universității din Arizona la propunerile de finanțare ale NASA să fie mult mai convingătoare.”
Detaliul operațional
Pentru orice program de testare înainte de lansare, dezvoltatorii de instrumente precum Douglas și colegii săi CAAO vor genera de obicei un model al temperaturilor extreme pe care o misiune cu sateliti mici le va experimenta o dată pe orbită. Acesta este urmat de un program exhaustiv de testare a vidului termic în laborator – esențial pentru iterarea și validarea modelării și pentru a se asigura că orice unități de încălzire/răcire localizate au efectul dorit asupra instrumentelor de cercetare de primă linie și a hardware-ului asociat.
În acest scenariu, camera RVS TVAC permite dezvoltatorilor să evalueze performanța tehnologiei de-a lungul mai multor coordonate. Un test de ciclism cu vid termic, de exemplu, va vedea hardware-ul și instrumentele ambarcațiunii supuse unui program „pas și repetat” de temperaturi extreme calde și reci într-un mediu cu vid înalt, în timp ce un test de echilibru termic își propune să demonstreze eficacitatea sistemelor de control termic al ambarcațiunii pentru menținerea temperaturii sistemelor cheie în limite predefinite. Există, de asemenea, o cerință de coacere în vid, în care hardware-ul satelitului este încălzit la temperatură ridicată în vid înalt pentru a cuantifica nivelurile de degazare a materialului (ale căror produse pot afecta negativ funcționarea sistemelor de imagistică la bord, radiatoarelor termice, celulelor solare). și altele asemenea).
Aici se află o altă oportunitate. Căci chiar dacă echipa CAAO depășește limitele de performanță ale instrumentelor sale spațiale, un angajament paralel pentru reducerea costurilor rămâne o parte foarte importantă a mixului de cercetare și dezvoltare – nu în ultimul rând în implementarea hardware-ului comercial disponibil (COTS) și software (mai degrabă decât dezvoltarea de soluții tehnologice personalizate). „Un caz cheie de utilizare pentru camera TVAC implică luarea de produse COTS – să zicem un detector optic sau un computer de bord – și să ne asigurăm că acestea încă funcționează într-un mediu asemănător spațiului”, spune Douglas. „Tehnologiile COTS calificate în spațiu sunt fundamentale pentru a reduce costul total al misiunilor de astronomie cu sateliti mici.”
Livrare versus cerințe
La fel de important este accentul pe care RVS îl pune pe propriile sisteme de vid termic de la raft. Cu alte cuvinte, asta înseamnă testarea termică la un preț acceptabil, asigurând totodată că ușurința în utilizare este esențială. „În răspunsul la apelul nostru de propuneri, RVS a fost competitiv la preț și a livrat față de funcționalitatea dorită”, notează Manny Montoya, manager tehnic CAAO, care conduce o echipă diversă de ingineri, tehnicieni și mașiniști care sprijină cercetarea lui Douglas și a altor astronomi la Observatorul Steward.
Funcționalitatea în cauză acoperă o cameră de testare în vid de uz general pe care orice misiune cu sateliti mici din campusul Tucson o poate folosi pentru a investiga efectele temperaturilor extreme în vid înalt. În plus, camera TVAC oferă, de asemenea, astronomilor Observatorului Steward posibilitatea de a accesa regimuri de vid de până la 10.-8 Torr – o cerință esențială atunci când se califică instrumente de vârf destinate misiunilor științifice precum Aspera. Acest proiect NASA, condus de astronomul Observatorului Steward, Carlos Vargas, dezvoltă un satelit mic de astrofizică ultravioletă care va cartografi gazul coronal cald-fierbinte din jurul halourilor galaxiilor din apropiere (și, la rândul său, va arunca lumină asupra formării și evoluției galaxiilor) .
Sisteme de testare cu vid termic: pregătirea pentru calificarea înainte de zbor a sateliților mici
Un alt obligatoriu CAAO este izolarea vibrațiilor, astfel încât Douglas și echipa sa să poată evalua sisteme optice adaptive de precizie în interiorul camerei de testare TVAC. În acest sens, RVS a propus o soluție inedită, cuprinzând o masă optică suspendată de picioare pneumatice în afara camerei de vid – o configurație care izolează optica testată prin amortizarea oricăror vibrații care trec prin podeaua clădirii (de la traficul rutier în trecere, de exemplu, sau de la deschiderea și închiderea ușilor).
„Răspunzând la cererea de propuneri”, conchide Montoya, „RVS a făcut o treabă grozavă de a înțelege cerințele tehnice ale CAAO și de a adapta sistemul TVAC în consecință – dovadă a cunoștințelor extinse ale companiei în domeniul tehnic privind testarea vacuumului termic pentru cercetare și aplicații industriale.”
