Cara kerjanya: teknologi vakum untuk ruang simulasi ruang angkasa 7 Agustus 2020

4 MIN READ

Untuk mensimulasikan kondisi ruang angkasa di Bumi, insinyur kedirgantaraan harus memiliki akses ke kondisi tekanan rendah yang sama. Ruang vakum simulasi ruang angkasa yang digunakan untuk menguji satelit bernilai jutaan dolar dan objek lain yang ditujukan untuk orbit harus memenuhi persyaratan ketat.

Mengapa pengujian begitu penting?

Setelah diluncurkan, perbaikan satelit menjadi jauh lebih menantang. Oleh karena itu, menguji satelit dalam vakum sebelum peluncuran sangat penting.

Insinyur menguji satelit di beberapa skenario yang melibatkan kondisi tekanan sangat rendah (tingkat vakum tinggi dan ultra-tinggi).

Pengujian ruang vakum termal

Pengosongan ruang vakum termal memerlukan proses dua tahap. Pertama, operator memompa udara keluar. Kemudian, mereka memompa gas yang dilepaskan dari dinding dan benda uji. Waktu evakuasi bisa memakan waktu satu hari atau lebih tergantung pada ukuran dan desain satelit. 

Pengujian siklus suhu

Satelit mengalami suhu ekstrem saat mengorbit. Untuk pengujian ini, teknisi memerlukan akses ke tekanan vakum tinggi (HV) setidaknya 1 x 10-6 mbar atau lebih rendah di dalam ruang vakum termal.

Pengujian angin

Teknologi ruang vakum termal cukup kuat. Beberapa ruang uji vakum termal bahkan dapat mensimulasikan angin surya. Volume ruang khusus ini hingga 10.000 m³.

Catatan pengujian ruang vakum termal

Selain menguji satelit itu sendiri, setiap komponen diuji secara terpisah sebelum diintegrasikan ke dalam sistem. Hal ini memerlukan ruang pengujian yang lebih kecil dengan volume 1 hingga 100 m³.

Pompa difusi oli besar dan panel berpendingin helium adalah standar beberapa dekade lalu. Saat ini, sistem vakum bebas oli modern sangat penting untuk pengujian ruang vakum termal. Pompa kriogenik berpendingin lemari es umumnya digunakan untuk tingkat vakum tinggi yang diperlukan untuk pengoperasian yang bersih. 

Pengujian thruster ion

Untuk mempertahankan atau menggeser orbitnya, satelit memerlukan pemosisian ulang yang sering, paling sering melalui propulsi listrik modern. Propeler ion mempercepat ion (biasanya xenon gas lembam yang berat), menetralisirnya, dan mendorongnya keluar dalam jet. 

Propeler ion memungkinkan muatan yang lebih ringan atau waktu operasi yang lebih lama. 

Pengujian stabilitas jangka panjang ruang Xenon

Kapasitas yang besar dan desain yang ramping dari ruang pemompaan kriogenik membantu menurunkan biaya secara keseluruhan dan memungkinkan pengujian stabilitas jangka panjang.  

Propeler ion harus diuji dalam waktu lama di ruang vakum dalam kondisi ruang angkasa, termasuk adanya gas xenon yang akan dipancarkan satelit. Untuk mencapai aliran gas pada tekanan 10 x 10-⁵ mbar atau di bawahnya, ruang harus mendukung kecepatan pemompaan antara 10.000 l/s hingga beberapa 100.000 l/s.

Xenon tidak mudah dipompa - konduktansi panasnya yang buruk dapat menyebabkan pompa turbomolekul menjadi terlalu panas selama kompresi. Selain itu, berat molekulnya yang besar menyebabkan baffle dan konduktivitas katup yang buruk, yang dapat mengurangi kecepatan pemompaan pompa kriogenik dan pompa difusi lebih dari 50%. Untungnya, TURBOVAC i dari Leybold dirancang untuk mengatasi tantangan ini.

Untuk mencapai kecepatan pemompaan yang luar biasa yang diperlukan untuk simulasi ruang angkasa dengan adanya xenon, panel dingin ditambahkan ke dalam ruang. Panel didinginkan ke suhu di bawah 50K dengan single stage cryocooler. Gas xenon terkondensasi langsung pada panel di dalam ruang vakum. 

Potensi pengujian stabilitas yang diperpanjang dan komprehensif jelas. Panel kriogenik kecil berdiameter 600mm memiliki kecepatan pemompaan 16.000 l/dtk di dalam ruang dengan kehilangan konduktansi nol karena terpapar langsung di dalam ruang. Angka ini meningkat secara eksponensial dengan setiap panel pompa tambahan. 

Ruang simulasi ruang angkasa adalah kunci untuk penerbangan ruang angkasa

Tanpa kemampuan untuk mensimulasikan kondisi ruang angkasa sebelum peluncuran, penerbangan luar angkasa tidak akan dimungkinkan karena pemahaman tentang perilaku di dalam ruang angkasa memerlukan beberapa pengujian di lingkungan itu.

Simulasi ruang angkasa adalah aplikasi penting dari teknologi vakum canggih. 