Para replicar las condiciones del espacio en la Tierra, los ingenieros aeroespaciales deben recrear ambientes de baja presión. Para probar satélites y otros objetos destinados al espacio, se requieren cámaras de vacío para simular el alto y ultra-alto vacío.
La reparación de satélites una vez lanzados es extremadamente complicada, por lo que es fundamental realizar pruebas exhaustivas en un ambiente de vacío antes de la misión espacial.
Estas pruebas implican la creación de condiciones de muy baja presión, incluyendo niveles de alto y ultra-alto vacío.
Contenido de este artículo:
Pruebas de las cámaras de vacío térmicas
Pruebas de ciclos de temperaturas
Pruebas de viento
Notas sobre las pruebas de cámaras de vacío térmicas
Pruebas del propulsor iónico
Pruebas de estabilidad a largo plazo de la cámara de xenón
Las cámaras de simulación espacial son clave para el vuelo espacial
La evacuación de las cámaras de vacío térmicas es un proceso en dos etapas. En primer lugar, se bombea el aire, luego se extraen los gases liberados por las superficies y los objetos bajo prueba. El tiempo necesario para la evacuación puede variar un día o más, de acuerdo al tamaño y diseño del satélite.
Los satélites experimentan temperaturas extremas en el espacio, por lo que los ingenieros requieren contar con acceso a un alto vacío (HV) con una presión de al menos 1 x 10-6 mbar o menos en una cámara de vacío térmica.
Algunas cámaras de vacío térmico son lo suficientemente potentes como para simular el viento solar, con volúmenes de hasta 10,000 m³.
Además de probar el satélite, cada componente se prueba individualmente antes de la integración en el sistema. Esto requiere cámaras de prueba más pequeñas, generalmente de 1 a 100 m³ de volumen.
En el pasado, se utilizaban bombas de difusión de aceite de gran tamaño y paneles refrigerados con helio. Actualmente, los sistemas de vacío modernos y libres de aceite son esenciales para las pruebas en cámaras de vacío térmicas. Las bombas criogénicas refrigeradas por enfriador son típicas para lograr niveles de vacío superiores y un rendimiento sin problemas.
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.
La enorme capacidad y el diseño mejorado de las cámaras con bombas criogénicas ayudan a disminuir los gastos generales y permiten ejecutar 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 ocasiona una mala conductividad del deflector y la válvula, lo que puede disminuir 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 requerida 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 posee 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.
Sin la capacidad de simular las condiciones del espacio previo a un lanzamiento, los vuelos espaciales no serían posibles, ya que entender el comportamiento en el espacio demanda pruebas en ese entorno. La simulación espacial es una aplicación esencial de la tecnología de vacío avanzada.
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