Para simular condiciones espaciales en la Tierra, los ingenieros aeroespaciales deben tener acceso a condiciones similares de baja presión. Las cámaras de vacío de simulación espacial utilizadas para probar satélites multimillonarios y otros objetos destinados a orbitar deben cumplir requisitos estrictos.
Una vez lanzado, la reparación de un satélite se vuelve mucho más difícil. Por lo tanto, es fundamental probar un satélite en vacío antes del lanzamiento.
Los ingenieros prueban satélites en varias situaciones que implican condiciones de muy baja presión (niveles de alto y ultra-alto vacío).
Pruebas de las cámaras de vacío térmicas
La evacuación de las cámaras de vacío térmicas requiere un proceso de dos etapas. En primer lugar, los operarios bombean el aire. A continuación, bombean los gases liberados de las paredes y los objetos de prueba. El tiempo de evacuación puede tardar un día o más dependiendo del tamaño y el diseño del satélite.
Pruebas de ciclos de temperaturas
Los satélites experimentan temperaturas extremas a medida que orbitan. Para esta prueba, los ingenieros necesitan tener acceso a una presión de alto vacío (HV) de al menos 1 x 10-6 mbar o inferior dentro de una cámara de vacío térmica.
Pruebas de viento
La tecnología de cámara de vacío térmica es bastante potente. Algunas cámaras de prueba de vacío térmicas pueden incluso simular el viento solar. El volumen de estas cámaras especializadas es de hasta 10,000 m³.
Notas sobre las pruebas de cámaras de vacío térmicas
Además de probar el propio satélite, cada componente se prueba individualmente antes de la integración en el sistema. Esto requiere cámaras de prueba más pequeñas de 1 a 100 m³ de volumen.
Las bombas de difusión de aceite de gran tamaño y los paneles refrigerados por helio eran el estándar hace unas décadas. Hoy en día, los sistemas de vacío modernos y exentos de aceite son una necesidad para las pruebas de cámaras de vacío térmicas. Las bombas criogénicas refrigeradas por refrigerador son típicas para los altos niveles de vacío para un funcionamiento sin problemas.
Pruebas del propulsor iónico
Para mantener o cambiar sus órbitas, los satélites requieren un reposicionamiento frecuente, principalmente mediante la propulsión eléctrica moderna. Los propulsores de iones aceleran los iones (a menudo del gas inerte pesado xenón), los neutralizan y los empujan hacia fuera en un surtidor.
Los propulsores iónicos permiten una carga útil más ligera o un tiempo de funcionamiento más largo.
Pruebas de estabilidad a largo plazo de la cámara de xenón
La gran capacidad y el diseño optimizado de las cámaras con bombas criogénicas ayudan a reducir los costes generales y permiten realizar pruebas de estabilidad a largo plazo.
Los propulsores iónicos deben probarse durante largos períodos en una cámara de vacío en condiciones espaciales, incluida la presencia del gas xenón que emitirá el satélite. Para lograr un flujo de gas a presiones de 10 x 10-5 mbar o inferiores, la cámara debe admitir velocidades de bombeo de entre 10,000 l/s y varios 100,000 l/s.
El xenón no es fácil de bombear: su mala conductividad del calor puede sobrecalentar las bombas turbomoleculares (TMP) durante la compresión. Además, su peso molecular sustancial causa una mala conductividad del deflector y la válvula, lo que puede reducir la velocidad de bombeo de las bombas criogénicas y las bombas de difusión en más de un 50 %.
Para lograr la gran velocidad de bombeo necesaria para la simulación espacial en presencia de xenón, se añaden paneles fríos a la cámara. Los paneles se enfrían a temperaturas inferiores a 50 K mediante refrigeradores criogénicos de una etapa. El gas xenón se condensa directamente en los paneles del interior de la cámara de vacío.
El potencial para pruebas de estabilidad completas y ampliadas está claro. Un pequeño panel criogénico de 600 mm de diámetro tiene una velocidad de bombeo de 16,000 l/s dentro de la cámara con cero pérdidas de conductividad, ya que se expone directamente en la cámara. Esta cifra aumenta exponencialmente con cada panel de bomba adicional.
Las cámaras de simulación espacial son clave para el vuelo espacial
Sin la capacidad de simular las condiciones espaciales antes del lanzamiento, los vuelos espaciales no serían posibles, ya que la comprensión del comportamiento en el espacio requiere algunas pruebas en ese entorno. La simulación espacial es una aplicación fundamental de la tecnología de vacío avanzada.
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