5 manieren waarop vacuüm bijdraagt aan ruimtesimulatie en -onderzoek 17 november 2020

Ruimtetechnologie en onderzoek zouden nergens zijn zonder vacuümtechnologie. Maar bij zo'n complex werk is het gemakkelijk om uit het oog te verliezen waar (en hoe en waarom) vacuüm zo'n belangrijke rol speelt. 

De ruimte begint op een hoogte van meer dan 100 km boven zeeniveau, ongeveer 2.200 actieve satellieten draaien om de aarde. 

Satellieten zijn uiterst waardevol en ongelooflijk moeilijk te vervangen. Omdat reparaties in de ruimte bijna onmogelijk zijn, worden er vóór de lancering intensieve verplichte tests op aarde uitgevoerd. Een van de belangrijkste tests om te simuleren is hoe de satelliet werkt in een vacuüm. 

Zo hebben satellieten in geostationaire baan ('GEO', 35.800 km hoogte) te maken met vacuümdrukken in het laag-ultrahoogvacuümbereik. Deze drukken moeten door middel van tests worden gesimuleerd en deze tests worden vaak uitgevoerd in combinatie met temperatuurcyclustests (thermische vacuümwisselaartests).

Bovendien wordt elk onderdeel afzonderlijk getest voordat het in het systeem wordt geïntegreerd, wat testkamers met een volume van 1-1000 m3 vereist.

Elektrische aandrijving helpt satellieten hun baan te behouden of te veranderen.

Xenon-ionen thrusters versnellen ionen, neutraliseren ze en werpen ze uit in een straal om de satelliet te herpositioneren. Een belangrijk voordeel ten opzichte van chemische aandrijfsystemen is de mogelijkheid om met een lager laadvermogen of een langere bedrijfstijd te werken. De stuwkracht kan constant en veel langer versnellen in vergelijking met de conventionele chemische aandrijving. Dat betekent dat reizen naar andere planeten, zoals Mars, in de toekomst mogelijk op de kaart staat.  

Deze ionenthrusters moeten langere tijd in een vacuümkamer worden getest, onder ruimtelijke omstandigheden. Omdat elektrische ionenthrusters vaak Xenon gebruiken, moet vacuümtesten voldoen aan specifieke vereisten: het pompen van Xenon is niet eenvoudig! 

Vacuümtechnologie wordt gebruikt om telescopen te laten werken. Zo kunnen optische telescopen de hoogste nauwkeurigheid bereiken. 

Grote optische telescopen zoals de VLT in Chili hebben spiegels met een diameter tot 10 m.

Deze zijn voorzien van een zilverlaag die tot 99% infrarood reflecteert. Omdat deze spiegels aan de atmosfeer worden blootgesteld, wordt deze laag na verloop van tijd afgebroken.

Vacuümtechnologie speelt een essentiële rol bij het coaten en onderhouden van deze laag in situ, waarbij een of meerdere grote cryopompen met pompsnelheden van ongeveer 30.000 l/s worden gebruikt voor DC-sputteren in grote kamers in de observatoria.

Vacuümtechnologie speelt ook een essentiële rol in radiotelescopen, waar isolatievacuüms de apparatuur veilig houden.

Zwaartekrachtgolfdetectoren zoeken naar zwaartekrachtgolven afkomstig van speciale gebeurtenissen in de buitenruimte, zoals supernova's, neutronensterbotsingen of zwarte gaten. Hun doel is om Einsteins algemene relativiteitstheorie en zijn hypothese over het ruimte-tijdcontinuüm te bewijzen. 

Vacuümtoepassing zorgt ervoor dat de detectoren die de doorbuiging van grote massa's detecteren, met uiterste precisie kunnen werken en een rol spelen bij het dempen van trillingen van de grote interferometers van 500-4000 m lang die doorbuigingen van slechts 10-18 meter opnemen! 

Er zijn verschillende zwaartekrachtgolfdetectoren op aarde, waaronder Virgo in Italië, LIGO in de VS en KAGRA in Japan. Misschien hebben we in de toekomst zelfs een detector in de ruimte. 

Voor onderzoek en technologische ontwikkeling, zoals brandstoftanks, brandstofkleppen en apparaten voor ruimtevaartuigen, zijn nauwkeurigere compensaties van de zwaartekracht nodig dan parabolische vluchten in vliegtuigen kunnen bieden.

Vacuümtechnologie maakt de druppeltorens (of druppelbuizen) mogelijk die deze toestanden van nul zwaartekracht bereiken.