การทดสอบสูญญากาศด้วยความร้อนช่วยให้กล้องโทรทรรศน์วิจัยดาวเทียมขนาดเล็กมองดูดวงดาว

การเริ่มต้นเทคโนโลยีของสหรัฐอเมริกา Rydberg สุญญากาศวิทยาศาสตร์ (RVS) ยังคงสร้างแผนภูมิวิถีโคจรไปข้างหน้าในฐานะผู้ให้บริการอุปกรณ์ "ไปสู่" ในระบบนิเวศการทดสอบและวัดที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งสนับสนุนการพัฒนาและตรวจสอบภารกิจอวกาศดาวเทียมขนาดเล็ก - เครื่องมือในวงกว้างที่มีมวลตั้งแต่ 1 ถึง 500 กก. . แม่นยำยิ่งขึ้น RVS กำลังแกะสลักเฉพาะกลุ่มผู้เชี่ยวชาญในการจัดหาผลิตภัณฑ์อบสูญญากาศด้วยความร้อนแบบใช้ความร้อนนอกชั้นวางและราคาที่ไม่แพงซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์หลักที่ช่วยให้เทคโนโลยีในเวิร์กโฟลว์การตรวจสอบคุณสมบัติก่อนบินสำหรับดาวเทียมขนาดเล็กและส่วนประกอบ ระบบย่อยและ เครื่องมือวัด

บริบทของตลาดที่เปลี่ยนแปลงไปนี้เป็นการให้ความรู้ ซึ่งผู้พัฒนาดาวเทียมรายย่อยกำลังเปิดโอกาสทางการค้าและทางวิทยาศาสตร์ในการใช้งานที่หลากหลาย เช่น การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ การสำรวจระยะไกล การปกป้องสิ่งแวดล้อม และการติดตามทรัพย์สินและการขนส่ง หัวใจของทุกสิ่ง นวัตกรรมดาวเทียมขนาดเล็กกำลังดำเนินไปอย่างรวดเร็ว โดยมีผู้ผลิตที่จัดตั้งขึ้นและเข้ามาใหม่ ตลอดจนกลุ่มวิจัยทางวิชาการ อัดฟังก์ชันการทำงานมากขึ้นเรื่อยๆ ลงใน payloads ที่ลดลงเรื่อย ๆ ในขณะที่ลดอุปสรรคในการเข้าสู่ อุตสาหกรรมอวกาศ

การทดสอบความพร้อมในภารกิจ

ทั้งหมดนี้แปลเป็นความกดดันอย่างไม่ลดละต่อเงินทุนและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานของนักพัฒนาดาวเทียมและทีมวิศวกรของพวกเขา ไม่น้อยไปกว่านั้นเมื่อเป็นเรื่องของโปรแกรมการทดสอบที่เข้มงวดซึ่งจำเป็นต่อการรับรองระบบดาวเทียมสำหรับการเปิดตัว และท้ายที่สุด การทำงานระยะยาวในวงโคจร กรณีศึกษาในเรื่องนี้คือ ศูนย์ออปติคัลอะแดปทีฟทางดาราศาสตร์ (CAAO) ที่ หอดูดาว Steward, ฝ่ายวิจัยของภาควิชาดาราศาสตร์ที่ University of Arizona (ทูซอน, แอริโซนา). ทีมงาน CAAO ยังเป็นสมาชิกล่าสุดในเครือข่ายลูกค้า RVS ที่กำลังเติบโต ด้วยเหตุนี้จึงได้ทำการทดสอบห้องทดสอบระบบสุญญากาศเชิงความร้อน (TVAC) ของผู้จำหน่ายผ่านการว่าจ้างและการยอมรับในช่วงสองสามเดือนที่ผ่านมา

Ewan Douglas ผู้ช่วยศาสตราจารย์และผู้ช่วยนักดาราศาสตร์อธิบายว่า "เรากำลังสร้างเครื่องมือวิจัยต้นแบบ รวมถึงระบบปรับเลนส์ เครื่องตรวจจับ IR และ UV ขั้นสูง และตู้แช่แข็งประสิทธิภาพสูง ซึ่งจะรวมเข้ากับกล้องโทรทรรศน์ดาวเทียมขนาดเล็กในอวกาศในอนาคต ที่หอดูดาวสจ๊วต ในส่วนของเขา ดักลาสจะต้องดำเนินการวิจัยในขอบเขตกว้างๆ ซึ่งรวมถึงเครื่องมือวัดในอวกาศ การตรวจจับและควบคุมหน้าคลื่น และการถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบและดิสก์เศษซากที่มีคอนทราสต์สูง "ความสามารถในการทดสอบของห้อง TVAC จะช่วยให้เราสามารถพัฒนาความพร้อมด้านเทคนิคและภารกิจของเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์และน้ำหนักบรรทุกดาวเทียมของเราได้" เขากล่าวเสริม “ด้วยวิธีนี้ เราหวังว่าจะทำให้มหาวิทยาลัยแอริโซนาตอบสนองต่อข้อเสนอการระดมทุนของ NASA ที่น่าสนใจยิ่งขึ้น”

รายละเอียดการดำเนินงาน

สำหรับโปรแกรมทดสอบก่อนการเปิดตัวใดๆ นักพัฒนาเครื่องมือวัดเช่น Douglas และเพื่อนร่วมงาน CAAO ของเขามักจะสร้างแบบจำลองของอุณหภูมิสุดขั้วที่ภารกิจดาวเทียมขนาดเล็กน่าจะเคยสัมผัสครั้งเดียวในวงโคจร ตามด้วยโปรแกรมการทดสอบสูญญากาศด้วยความร้อนในห้องปฏิบัติการอย่างละเอียดถี่ถ้วน ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำซ้ำและการตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลอง และเพื่อให้แน่ใจว่าหน่วยทำความร้อน/ความเย็นที่ปรับให้เข้ากับตำแหน่งมีผลตามที่ต้องการต่อเครื่องมือวิจัยระดับแนวหน้าและฮาร์ดแวร์ที่เกี่ยวข้อง

ในสถานการณ์สมมตินี้ ห้อง RVS TVAC ช่วยให้นักพัฒนาสามารถประเมินประสิทธิภาพของเทคโนโลยีตามพิกัดต่างๆ ตัวอย่างเช่น การทดสอบการปั่นจักรยานด้วยสุญญากาศด้วยความร้อน จะเห็นฮาร์ดแวร์และเครื่องมือของยานผ่านฝีเท้าและอยู่ภายใต้โปรแกรม "ขั้นตอนและซ้ำ" ของอุณหภูมิที่ร้อนจัดและเย็นจัดในสภาพแวดล้อมสูญญากาศสูง ในขณะที่การทดสอบสมดุลความร้อน มีจุดมุ่งหมายเพื่อแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของระบบควบคุมความร้อนของยานในการรักษาอุณหภูมิของระบบหลักภายในขอบเขตที่กำหนดไว้ล่วงหน้า นอกจากนี้ยังมีข้อกำหนดในการอบสูญญากาศ ซึ่งฮาร์ดแวร์ดาวเทียมถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิสูงภายใต้สุญญากาศสูงเพื่อวัดปริมาณระดับของการปล่อยก๊าซออกของวัสดุ (ผลิตภัณฑ์ที่อาจส่งผลเสียต่อการทำงานของระบบภาพออนบอร์ด หม้อน้ำความร้อน เซลล์แสงอาทิตย์ และชอบ)

ในที่นี้มีโอกาสอื่นอยู่ แม้ว่าในขณะที่ทีม CAAO กำลังผลักดันขีดจำกัดประสิทธิภาพของเครื่องมือวัดตามพื้นที่ ความมุ่งมั่นแบบคู่ขนานในการลดต้นทุนยังคงเป็นส่วนหนึ่งของการผสมผสานการวิจัยและพัฒนา อย่างน้อยก็ในการติดตั้งฮาร์ดแวร์ที่จำหน่ายในท้องตลาด (COTS) และซอฟต์แวร์ (มากกว่าการพัฒนาโซลูชันเทคโนโลยีตามความต้องการ) "กรณีการใช้งานที่สำคัญสำหรับห้อง TVAC เกี่ยวข้องกับการนำผลิตภัณฑ์ COTS เช่นเครื่องตรวจจับแสงหรือคอมพิวเตอร์ออนบอร์ดและทำให้แน่ใจว่ายังคงทำงานในสภาพแวดล้อมที่เหมือนอวกาศ" ดักลาสกล่าว "เทคโนโลยี COTS ที่มีคุณสมบัติตามพื้นที่เป็นพื้นฐานในการลดต้นทุนโดยรวมของภารกิจดาราศาสตร์ดาวเทียมขนาดเล็ก"

การส่งมอบกับข้อกำหนด

ความสำคัญเท่าเทียมกันคือการเน้นย้ำที่ RVS วางบนระบบสูญญากาศความร้อนแบบใช้แล้วทิ้งของตัวเอง กล่าวอีกนัยหนึ่ง นั่นหมายถึงการทดสอบการระบายความร้อนด้วยราคาที่น่าพึงพอใจในขณะเดียวกันก็ทำให้มั่นใจว่าการใช้งานง่ายเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง Manny Montoya ผู้จัดการด้านเทคนิคของ CAAO ซึ่งเป็นหัวหน้าทีมวิศวกร ช่างเทคนิค และช่างเครื่องที่ให้การสนับสนุนการวิจัยของดักลาสและนักดาราศาสตร์คนอื่นๆ หอดูดาวสจ๊วต

ฟังก์ชันที่เป็นปัญหาครอบคลุมห้องทดสอบสุญญากาศเอนกประสงค์ที่ภารกิจดาวเทียมขนาดเล็กในวิทยาเขตทูซอนสามารถใช้เพื่อตรวจสอบผลกระทบของอุณหภูมิสุดขั้วในสุญญากาศสูง ยิ่งไปกว่านั้น ห้อง TVAC ยังช่วยให้นักดาราศาสตร์ Steward Observatory สามารถเข้าถึงระบบสุญญากาศได้ต่ำถึง 10^-8 Torr – ข้อกำหนดที่จำเป็นเมื่อมีคุณสมบัติเครื่องมือระดับไฮเอนด์ที่กำหนดไว้สำหรับภารกิจทางวิทยาศาสตร์เช่น Aspera. โครงการของ NASA นี้ นำโดยนักดาราศาสตร์ Steward Observatory Carlos Vargas กำลังพัฒนาดาวเทียมขนาดเล็กที่มีรังสีอัลตราไวโอเลตแบบเอ็กซ์ตรีมซึ่งจะทำแผนที่ก๊าซโคโรนาในช่วงร้อน-ร้อนรอบดาราจักรฮาโลที่อยู่ใกล้ๆ .

อีกหนึ่ง CAAO ที่ต้องมีคือการแยกการสั่นสะเทือน เพื่อให้ดักลาสและทีมของเขาสามารถประเมินระบบออปติกแบบปรับได้ที่มีความแม่นยำภายในห้องทดสอบ TVAC ในแง่นี้ RVS ได้เสนอวิธีแก้ปัญหาแบบใหม่ที่ประกอบด้วยโต๊ะออปติคัลที่แขวนไว้ด้วยขาแบบใช้ลมนอกห้องสุญญากาศ ซึ่งเป็นโครงร่างที่แยกเลนส์ที่อยู่ภายใต้การทดสอบโดยลดแรงสั่นสะเทือนใดๆ ที่มาจากพื้นอาคาร (จากการจราจรบนถนน ตัวอย่างเช่น หรือจาก ประตูเปิดและปิด)

"ในการตอบสนองต่อคำขอข้อเสนอ" Montoya กล่าวสรุป "RVS ได้ทำงานที่ดีในการทำความเข้าใจข้อกำหนดทางเทคนิคของ CAAO และปรับระบบ TVAC ตามนั้น ซึ่งเป็นข้อพิสูจน์ถึงความรู้ด้านเทคนิคที่กว้างขวางของบริษัทเกี่ยวกับการทดสอบสูญญากาศด้วยความร้อนสำหรับการวิจัยและการใช้งานในอุตสาหกรรม"