Um die Weltraumbedingungen auf der Erde zu simulieren, müssen Raumfahrtingenieure Zugang zu ähnlichen Niederdruckbedingungen haben. Die Vakuumkammern für Weltraumsimulationen, in denen millionenschwere Satelliten und andere für die Umlaufbahn bestimmte Objekte getestet werden, müssen strenge Anforderungen erfüllen.
Nach dem Start wird die Reparatur eines Satelliten sehr viel schwieriger. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, einen Satelliten vor dem Start im Vakuum zu testen.
Ingenieure testen Satelliten in verschiedenen Szenarien unter sehr niedrigen Druckbedingungen (Hoch- und Ultrahochvakuum).
Thermische Vakuumkammerprüfung
Die Evakuierung von Thermalvakuumkammern erfordert einen zweistufigen Prozess. Zunächst pumpen die Bediener die Luft ab. Dann pumpen sie die Gase ab, die aus den Wänden und den Testobjekten freigesetzt werden. Je nach Größe und Konstruktion des Satelliten kann die Evakuierung einen Tag oder länger dauern.
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Temperaturzyklustests
Satelliten sind auf ihrer Umlaufbahn extremen Temperaturen ausgesetzt. Für diesen Test benötigen die Ingenieure Zugang zu einem Hochvakuum (HV) mit einem Druck von mindestens 1 x 10-6 mbar oder weniger in einer Thermalvakuumkammer.
Zum Thema: Lesen Sie die Pressemitteilung über die Erweiterung der TURBOVAC-Reihe von Leybold, um höhere Saugvermögen und wartungsfreien Betrieb zu ermöglichen, die manchmal für Weltraumanwendungen erforderlich sind.
Windprüfung
Die Technologie der thermischen Vakuumkammern ist sehr leistungsfähig. Einige Thermalvakuum-Prüfkammern können sogar den Sonnenwind simulieren. Das Volumen dieser speziellen Kammern beträgt bis zu 10.000 m³.
Hinweise zur Prüfung in der Thermalvakuumkammer
Neben der Prüfung des Satelliten selbst wird jede einzelne Komponente vor der Integration in das System einzeln getestet. Dies erfordert kleinere Testkammern mit einem Volumen von 1 bis 100 m³.
Große Öldiffusionspumpen und heliumgekühlte Panels waren vor einigen Jahrzehnten Standard. Heute sind moderne, ölfreie Vakuumsysteme ein Muss für thermische Vakuumkammerprüfungen. Typisch für die hohen Vakuumniveaus für einen sauberen Betrieb sind kühlschrankgekühlte Kryopumpen.
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Ionenstrahltests
Um ihre Umlaufbahn beizubehalten oder zu verändern, müssen Satelliten häufig neu positioniert werden, meist mit Hilfe moderner elektrischer Antriebe. Ionentriebwerke beschleunigen Ionen (häufig aus dem schweren Edelgas Xenon), neutralisieren sie und stoßen sie in einem Strahl aus.
Ionentriebwerke ermöglichen entweder eine leichtere Nutzlast oder eine längere Betriebsdauer.
Xenonkammer-Langzeitstabilitätsprüfung
Die große Kapazität und das schlanke Design von Kryopumpenkammern tragen zur Senkung der Gesamtkosten bei und ermöglichen langfristige Stabilitätstests.
Ionentriebwerke müssen über lange Zeiträume in einer Vakuumkammer unter Weltraumbedingungen getestet werden, einschließlich der Anwesenheit des Xenongases, das der Satellit ausstoßen wird. Um einen Gasfluss bei einem Druck von 10 x 10-5 mbar oder weniger zu erreichen, muss die Kammer ein Saugvermögen von 10.000 l/s bis zu mehreren 100.000 l/s unterstützen.
Xenon ist nicht leicht zu pumpen - seine schlechte Wärmeleitfähigkeit kann Turbomolekularpumpen (TMPs) während der Kompression überhitzen. Außerdem führt sein hohes Molekulargewicht zu einer schlechten Leitfähigkeit von Ablenkblechen und Ventilen, was die Pumpgeschwindigkeit von Kryopumpen und Diffusionspumpen um mehr als 50 Prozent verringern kann. Zum Glück wurde die TURBOVAC 1 von Leybold entwickelt, um diese Herausforderungen zu meistern. Erfahren Sie mehr über diese klassenbesten Hochvakuumpumpen in unserem Einführungsvideo.
Um die enorme Pumpgeschwindigkeit zu erreichen, die für die Weltraumsimulation in Gegenwart von Xenon erforderlich ist, werden der Kammer Kühlplatten hinzugefügt. Die Platten werden mit einstufigen Kryokühlern auf Temperaturen unter 50 K gekühlt. Das Xenongas wird direkt auf den Paneelen in der Vakuumkammer kondensiert.
Das Potenzial für erweiterte, umfassende Stabilitätstests liegt auf der Hand. Eine kleine Kryoplatte mit einem Durchmesser von 600 mm hat in der Kammer ein Saugvermögen von 16.000 l/s bei null Leitwertverlusten, da sie direkt in der Kammer exponiert ist. Diese Zahl erhöht sich exponentiell mit jeder weiteren Pumpplatte.
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Weltraumsimulationskammern sind der Schlüssel zur Raumfahrt
Ohne die Möglichkeit, die Bedingungen im Weltraum vor dem Start zu simulieren, wären Weltraumflüge nicht möglich, denn um das Verhalten im Weltraum zu verstehen, müssen einige Tests in dieser Umgebung durchgeführt werden. Die Weltraumsimulation ist eine wichtige Anwendung der fortschrittlichen Vakuumtechnologie.
Erfahren Sie mehr über Leybolds Schwerpunkt auf der Weltraumsimulationskammertechnologie in unserem F&E-Bulletin, Vakuumausrüstung für Weltraumanwendungen. Oder klicken Sie auf die Schaltfläche unten, um sich direkt mit dem Leybold-Team in Verbindung zu setzen.
