Astronomi na observatoriju Steward Univerze v Arizoni uporabljajo testni komplet podjetja Rydberg Vacuum Sciences, da bi pospešili razvoj in kvalifikacijo nove generacije malih satelitskih raziskovalnih teleskopov.
Ameriški tehnološki zagon Rydbergove vakuumske znanosti (RVS) še naprej načrtuje pot naprej kot ponudnik opreme »go-to« v nastajajočem ekosistemu testiranja in merjenja, ki podpira razvoj in validacijo vesoljskih misij majhnih satelitov – na splošno instrumentov z maso od 1 do 500 kg . Natančneje, RVS oblikuje specializirano nišo pri zagotavljanju cenovno dostopnih, že pripravljenih izdelkov za toplotno vakuumsko peko in termično vakuumsko kroženje – osrednje tehnologije za omogočanje v delovnem procesu kvalifikacije pred poletom za majhne satelite in njihove sestavne komponente, podsisteme in instrumentacija.
Tukajšnji razvijajoči se tržni kontekst je poučen, v katerem razvijalci malih satelitov odpirajo komercialne in znanstvene priložnosti v tako raznolikih aplikacijah, kot so astronomsko opazovanje, daljinsko zaznavanje, varstvo okolja ter sledenje premoženju in logistika. V središču vsega so inovacije majhnih satelitov, ki napredujejo z veliko hitrostjo, pri čemer uveljavljeni proizvajalci in novi proizvajalci ter akademske raziskovalne skupine stiskajo vedno več funkcionalnosti v vse manjše nosilnosti, hkrati pa dodatno znižujejo ovire za vstop v vesoljska industrija.
Testiranje pripravljenosti na misijo
Vse to pomeni neusmiljen pritisk navzdol na kapitalske in operativne izdatke razvijalcev satelitov in njihovih inženirskih ekip – nenazadnje ko gre za zahtevne testne programe, potrebne za kvalifikacijo satelitskih sistemov za izstrelitev in navsezadnje za dolgoročno delovanje v orbiti. Študija primera v zvezi s tem je Center za astronomsko prilagodljivo optiko (CAAO) pri Steward Observatorij, raziskovalna veja oddelka za astronomijo na Univerza v Arizoni (Tucson, AZ). Ekipa CAAO je tudi najnovejši dodatek k rastočemu omrežju strank RVS in je kot taka v preteklih nekaj mesecih izvajala preskusno komoro prodajalca s toplotnim vakuumom (TVAC) skozi zagon in sprejem.
»Gradimo prototipe raziskovalnih instrumentov – vključno s prilagodljivimi optičnimi sistemi, naprednimi IR in UV detektorji ter visoko zmogljivimi kriostati – ki bodo vključeni v prihodnje vesoljske male satelitske teleskope,« pojasnjuje Ewan Douglas, docent in pomočnik astronoma na observatoriju Steward. Douglas s svoje strani vodi obsežna raziskovalna prizadevanja, ki obsegajo vesoljsko instrumentacijo, zaznavanje in nadzor valovne fronte ter slikanje zunajosončnih planetov in diskov z odpadki v visokem kontrastu. »Zmožnosti testiranja komore TVAC nam bodo omogočile izboljšati tehnično pripravljenost in pripravljenost naših znanstvenih instrumentov in satelitskega tovora na misijo,« dodaja. "Na ta način upamo, da bodo odzivi Univerze v Arizoni na predloge financiranja NASA veliko bolj prepričljivi."
Operativna podrobnost
Za vsak preskusni program pred izstrelitvijo bodo razvijalci instrumentov, kot sta Douglas in njegovi kolegi iz CAAO, običajno ustvarili model ekstremnih temperatur, ki jih bo verjetno doživela misija majhnega satelita, ko bo v orbiti. Temu sledi izčrpen program laboratorijskega termičnega vakuumskega testiranja – bistvenega pomena za ponovitev in validacijo modeliranja ter za zagotovitev, da imajo vse lokalizirane grelne/hladilne enote želeni učinek na raziskovalne instrumente prve linije in njihovo povezano strojno opremo.
V tem scenariju komora RVS TVAC omogoča razvijalcem, da ocenijo zmogljivost tehnologije na več koordinatah. Pri cikličnem preskusu toplotnega vakuuma bodo na primer strojna oprema in instrumenti plovila prestali svoje korake in bili podvrženi programu "po korakih in ponovitvah" ekstremno vročih in nizkih temperatur v okolju z visokim vakuumom, medtem ko bo preskus toplotnega ravnovesja želi pokazati učinkovitost sistemov toplotnega nadzora plovila za vzdrževanje temperature ključnih sistemov v vnaprej določenih mejah. Obstaja tudi zahteva po vakuumskem pečenju, pri kateri se strojna oprema satelita segreje na visoko temperaturo pod visokim vakuumom, da se kvantificirajo ravni izločanja plinov (katerih produkti lahko škodljivo vplivajo na delovanje slikovnih sistemov na vozilu, toplotnih radiatorjev, sončnih celic). in podobni).
Tukaj je še ena priložnost. Kajti čeprav ekipa CAAO premika meje zmogljivosti svoje vesoljske instrumentacije, vzporedna zavezanost zmanjševanju stroškov ostaja velik del mešanice raziskav in razvoja – nenazadnje pri uvajanju komercialne strojne opreme, ki ni na voljo (COTS). in programsko opremo (namesto razvoja prilagojenih tehnoloških rešitev). »Ključni primer uporabe komore TVAC vključuje uporabo izdelkov COTS – recimo optičnega detektorja ali vgrajenega računalnika – in zagotavljanje, da še vedno delujejo v vesoljskem okolju,« pravi Douglas. "Tehnologije COTS, primerne za vesolje, so temeljnega pomena za znižanje skupnih stroškov astronomskih misij majhnih satelitov."
Dostava v primerjavi z zahtevami
Enako pomemben je poudarek, ki ga RVS daje lastnim termalnim vakuumskim sistemom, ki so že pripravljeni. Povedano drugače, to pomeni toplotno testiranje po sprejemljivi ceni, hkrati pa zagotavlja, da je enostavna uporaba najpomembnejša. »Ko se je odzval na naš razpis za zbiranje predlogov, je bil RVS konkurenčen glede cene in zagotavljal v primerjavi z želeno funkcionalnostjo,« ugotavlja Manny Montoya, tehnični vodja CAAO, ki vodi raznoliko ekipo inženirjev, tehnikov in strojnikov, ki podpirajo raziskave Douglasa in drugih astronomov pri Observatorij Steward.
Zadevna funkcionalnost zajema vakuumsko preskusno komoro za splošne namene, ki jo lahko uporabi katera koli misija majhnega satelita v kampusu Tucson za raziskovanje učinkov ekstremnih temperatur v visokem vakuumu. Še več, komora TVAC daje astronomom observatorija Steward tudi možnost dostopa do vakuumskih režimov, ki so nižji od 10-8 Torr – bistvena zahteva pri kvalificiranju vrhunske instrumentacije, namenjene znanstvenim misijam, kot je Aspera. Ta Nasin projekt, ki ga vodi astronom observatorija Steward Carlos Vargas, razvija majhen astrofizikalni satelit z ekstremnim UV-žarkom, ki bo preslikal toplo-vročo fazo koronalnega plina okoli bližnjih galaksijskih halojev (in posledično osvetlil nastanek in razvoj galaksij) .
Termični vakuumski preskusni sistemi: priprava na kvalifikacijo majhnih satelitov pred poletom
Druga obveznost CAAO je izolacija vibracij, tako da lahko Douglas in njegova ekipa ocenijo natančne prilagodljive optične sisteme v preskusni komori TVAC. V zvezi s tem je RVS predlagal novo rešitev, ki vključuje optično mizo, obešeno na pnevmatskih nogah zunaj vakuumske komore – konfiguracijo, ki izolira preskušano optiko z dušenjem kakršnih koli tresljajev, ki prihajajo skozi tla zgradbe (na primer zaradi mimoidočega cestnega prometa ali odpiranje in zapiranje vrat).
"V odzivu na zahtevo po predlogih," zaključuje Montoya, "RVS je opravil odlično delo pri razumevanju tehničnih zahtev CAAO in temu primerno prilagodil sistem TVAC – dokaz obsežnega tehničnega znanja podjetja o termičnem vakuumskem testiranju za raziskovalne in industrijske aplikacije."
