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Come funziona: La tecnologia del vuoto per camere di simulazione delle condizioni ambientali nello spazio.

Da Raffaele Mucciato
Come funziona: La tecnologia del vuoto per camere di simulazione delle condizioni ambientali nello spazio.

 

Per simulare le condizioni nello spazio sulla terra, gli ingegneri aerospaziali devono avere accesso a condizioni di bassa pressione simili. Le camere a vuoto per la simulazione delle condizioni ambientali nello spazio utilizzate per testare satelliti del costo di milioni di dollari e altri oggetti destinati ad andare in orbita devono soddisfare requisiti rigorosi.

Una volta lanciato, la riparazione di un satellite diventa molto più complicata. Pertanto, è fondamentale testare un satellite in condizioni di vuoto prima del lancio.

Gli ingegneri testano i satelliti in diversi scenari che prevedono condizioni di pressione molto bassa (livelli di alto vuoto e ultra alto vuoto).

Test in camera termovuoto
L'evacuazione delle camere termovuoto richiede un processo in due fasi. In primo luogo, gli operatori pompano fuori l'aria. Quindi, pompano fuori i gas rilasciati dalle pareti e dagli oggetti sottoposti a test. Il tempo di evacuazione può richiedere un giorno o più a seconda delle dimensioni e del design del satellite. 

Test dei cicli di temperatura

I satelliti sono soggetti a temperature estreme in orbita. Per questo test, i tecnici devono avere accesso a una pressione ad alto vuoto (HV) di almeno 1 x 10-6 mbar o inferiore all'interno di una camera termovuoto.

Test del vento
La tecnologia della camera a vuoto termica per i test del vento è abbastanza potente. Alcune camere termovuoto per test possono persino simulare il vento solare. Il volume di queste camere speciali è fino a 10.000 m³.

 Note sui test in camera termovuoto
Oltre ai test del satellite stesso, ciascun singolo componente viene testato singolarmente prima dell'integrazione nel sistema. Ciò richiede camere di test più piccole, con volumi da 1 a 100 m³.

Alcune decenni fa le pompe a diffusione di olio e i pannelli raffreddati ad elio erano lo standard. Oggi, i moderni sistemi per vuoto oil-free sono un requisito fondamentale per il test in camera termovuoto. Le pompe criogeniche raffreddate a refrigerazione sono tipiche per livelli di alto vuoto per operazioni di pulizia. 

Test del propulsore ionico
Per mantenere o modificare la propria orbita, i satelliti richiedono frequenti riposizionamenti, più comunemente effettuati tramite la moderna propulsione elettrica. I propulsori ionici accelerano gli ioni (spesso di gas xeno inerte pesante), li neutralizzano e li spingono fuori in un getto. 

I propulsori ionici consentono un carico utile più leggero o un tempo di funzionamento più lungo. 


Test di stabilità a lungo termine in camera a xeno
L'elevata capacità e il design ottimizzato delle camere con pompa criogenica aiutano a ridurre i costi complessivi e consentono di eseguire test di stabilità a lungo termine.  

I propulsori ionici devono essere testati per lunghi periodi in una camera a vuoto in condizioni analoghe a quelle nello spazio, inclusa la presenza del gas xeno emesso dal satellite. Per ottenere un flusso di gas a pressioni di 10 x 10-5 mbar o inferiori, la camera deve supportare velocità di pompaggio comprese tra 10.000 l/s e diversi 100.000 l/s.

Lo xeno non è facile da pompare. La sua scarsa conduttanza termica può surriscaldare le pompe turbomolecolari (TMP) durante la compressione. Inoltre, il suo notevole peso molecolare causa un basso livello di conduttanza del diaframma e della valvola, che può ridurre la velocità di pompaggio delle pompe criogeniche e delle pompe a diffusione di oltre il 50%. 

Per ottenere l'eccezionale velocità di pompaggio necessaria per la simulazione delle condizioni nello spazio in presenza di xeno, nella camera vengono aggiunti pannelli freddi. I pannelli sono raffreddati a temperature inferiori a 50 K mediante raffreddatori criogenici monostadio. Il gas xeno viene condensato direttamente sui pannelli all'interno della camera a vuoto. 

Il potenziale per test di stabilità estesi e completi è evidente. Un piccolo pannello criogenico di 600 mm di diametro ha una velocità di pompaggio di 16.000 l/s all'interno della camera, con perdite di conduttanza pari a zero in quanto esposto direttamente nella camera. Questo valore aumenta in modo esponenziale con ogni pannello della pompa aggiuntivo. 

Le camere di simulazione delle condizioni nello spazio sono fondamentali per il volo spaziale
Senza la possibilità di simulare le condizioni nello spazio prima del lancio, i voli spaziali non sarebbero possibili poiché una comprensione del comportamento nello spazio richiede dei test in quell'ambiente. La simulazione delle condizioni nello spazio è un'applicazione fondamentale della tecnologia del vuoto avanzata. 

Scopri di più sull'attenzione di Leybold per la tecnologia delle camere di simulazione delle condizioni nello spazio

Tags: Ultra-alto Vuoto

Su Raffaele Mucciato

Raffaele Mucciato
L'Ing. Raffaele Mucciato è parte del team di Leybold Italia dal 2017 ed è il responsabile per la zona del centro-sud Italia. Dislocato a Roma è originario della Puglia ed è laureato in ingegneria dei materiali all’Università degli studi di Lecce, ed eppur avendo una conoscenza ampia e generale delle applicazioni in vuoto, fornisce un contributo importante grazie alla profonda conoscenza delle nanotecnologie e delle applicazioni RD che usano alto e ultra-alto vuoto. Nel suo tempo libero Raffaele pratica la corsa e si dedica alla propria famiglia.

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