Spatial

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La navigation spatiale, les satellites scientifiques et commerciaux, la recherche extraterrestre comme la mission Rosetta de l’ESA ou les Rovers Opportunity et Perseverance envoyés sur Mars par la NASA ne peuvent réussir que si tous les matériaux, composants et dispositifs impliqués sont correctement testés dans des conditions de vide poussé ou ultrapoussé. La taille des chambres de simulation spatiale varie de quelques litres pour tester, par ex. les petits circuits imprimés, à plusieurs milliers de mètres cubes afin de prouver la compatibilité spatiale d’engins spatiaux complets. Toutefois, l’observation spatiale depuis la terre requiert aussi souvent du vide, par ex. pour le revêtement des miroirs dans les télescopes.

Pour simuler les conditions spatiales sur Terre, les ingénieurs doivent avoir accès à des conditions de pressions équivalentes. Les chambres de simulation spatiale utilisées pour tester des satellites ou tout autre objet destiné à voyager dans l'espace doivent répondre à des exigences strictes.

Une fois là-haut, la réparation d'un satellite devient beaucoup plus difficile. Par conséquent, il est essentiel de tester tout équipement avant son lancement.

Les ingénieurs testent des satellites ou des objets dans plusieurs scénarios impliquant des conditions de très basse pression (niveaux de vide élevé - HV et ultra-élevé - UHV).

Les chambres de simulation spatiale sont la clé du vol spatial

Sans la capacité de simuler les conditions spatiales avant le lancement, les vols spatiaux ne seraient pas possibles car la compréhension du comportement dans l'espace nécessite des tests dans cet environnement. La simulation spatiale est une application essentielle de la technologie avancée du vide. 

Apprenez-en davantage sur l'accent mis par Leybold sur la technologie des chambres de simulation spatiale.

Le pompage dans les chambres à vide se déroule en deux étapes. Il faut commencer par évacuer l'air, puis les gaz libérés par les parois et les objets testés. Le temps d'évacuation peut prendre un ou plusieurs jours, selon la taille de la chambre et de l'objet, le taux de désorption ou même les matériaux utilisés.  

Connexe :  Consultez cette brève introduction au calcul du temps d'évacuation pour les chambres à vide - US . 
 

Cycles de température

Les satellites subissent des variations de températures extrêmes lors de leur mise en orbite. Pour cette phase de test, les ingénieurs doivent avoir accès à une pression de vide poussé (HV) d'au moins 1 x 10 -6 mbar ou moins à l'intérieur de la chambre à vide et doivent pouvoir reproduire les conditions extrêmes de l'espace : -200°C à +150°C.

Les chambres de simulation spatiale sont équipées de pompes à vide et d'une protection pour dissocier thermiquement l'équipement d'essai de l'environnement. Des résistances électriques à l'intérieur de la chambre simulent les conditions de température dans l'espace.

L'équipement doit pouvoir résister au rayonnement thermique qui en résulte. Une tolérance élevée contre cette influence est permise grâce aux COOLVAC, qui offrent la plus grande stabilité thermique sur le marché.


Connexe : Nouvelles TURBOVAC , avec des vitesses de pompage plus élevées et un fonctionnement sans entretien parfois nécessaire pour les applications spatiales. 


Résistance au vent

Certaines chambres peuvent simuler un vent solaire. Le volume de ces chambres spécialisées peut atteindre 10 000 m³.

Notes

En plus de tester l'équipement, "produit fini" dans son intégralité, chaque composant est testé individuellement avant l'intégration dans le système. Cela nécessite des chambres d'essai plus petites de 1 à 100 m³ de volume.

Les pompes à diffusion d'huile et les panneaux refroidis à l'hélium étaient la norme il y a quelques décennies. Aujourd'hui, les systèmes de vide modernes et secs (sans huile) sont indispensables pour les essais en chambre à vide. Les pompes cryogéniques sont typiquement utilisées pour atteindre des niveaux de vide élevés et pour un fonctionnement propre. 

Connexe : découvrez nos systèmes de vide cryogéniques pour les applications spatiales. 

Pour conserver ou déplacer leurs orbites, les satellites nécessitent un repositionnement fréquent, le plus souvent via une propulsion électrique moderne. Les propulseurs ioniques  accélèrent les ions (souvent du xénon - gaz inerte lourd), les neutralisent et les projettent par un champ électrique. 

Les propulseurs ioniques permettent une charge utile plus légère et une durée de fonctionnement plus longue. 


Stabilité des chambres avec xénon

Les propulseurs ioniques doivent être testés pendant de longues périodes dans une chambre à vide, dans des conditions spatiales, y compris avec la présence de gaz xénon émis par le satellite. Pour obtenir un débit de gaz à des pressions de 10 x 10 -5 mbar ou moins, la chambre doit supporter des vitesses de pompage comprises entre 10 000 l/s et plusieurs 100 000 l/s.

Le xénon n'est pas facile à pomper - sa mauvaise conductance thermique peut surchauffer les pompes turbomoléculaires (TMP) pendant la compression. En outre, son poids moléculaire important entraîne une mauvaise conductance des déflecteurs et des vannes, ce qui peut réduire la vitesse de pompage des pompes cryogéniques et des pompes à diffusion de plus de 50%. 

Les TURBOVAC de Leybold a été conçues pour surmonter ces défis. Apprenez-en davantage sur ces pompes à vide turbomoléculaires dans notre  vidéo de présentation

Pour atteindre l'énorme vitesse de pompage nécessaire à la simulation spatiale en présence de xénon, des panneaux froids sont ajoutés à la chambre. Les panneaux sont refroidis à des températures inférieures à 50K par des refroidisseurs cryogéniques à un étage. Le gaz xénon est condensé directement sur les panneaux à l'intérieur de la chambre à vide. 

Le potentiel de tests de stabilité étendus et complets est clair. Un petit panneau cryo de 600 mm de diamètre a une vitesse de pompage de 16 000 l/s à l'intérieur de la chambre avec zéro perte de conductance car il est directement exposé dans la chambre. Ce chiffre augmente de façon exponentielle avec chaque panneau de pompe supplémentaire. 

Connexe : Lire l'abstract de Stefan Lausberg, " Vacuum Challenges for Ion Thruster Testing" - présenté lors de SPACE PROPULSION 2018 - Séville, Espagne.