วิธีการทํางาน: เทคโนโลยีสุญญากาศสําหรับห้องจําลองพื้นที่ 7 สิงหาคม 2020

4 MIN READ

เพื่อจําลองสภาวะพื้นที่บนโลก วิศวกรการบินและอวกาศต้องสามารถเข้าถึงสภาวะแรงดันต่ําที่คล้ายคลึงกันได้ ห้องสุญญากาศจําลองพื้นที่ที่ใช้ในการทดสอบดาวเทียมมูลค่าหลายล้านดอลลาร์และวัตถุอื่น ๆ ที่มีจุดประสงค์เพื่อวงกลมต้องเป็นไปตามข้อกําหนดที่เข้มงวด

ทําไมการทดสอบจึงมีความสําคัญ

เมื่อเปิดตัวแล้ว การซ่อมแซมดาวเทียมจะมีความท้าทายมากขึ้น ดังนั้น การทดสอบดาวเทียมในสุญญากาศก่อนการเปิดตัวจึงเป็นสิ่งสําคัญ

วิศวกรทดสอบดาวเทียมในหลายสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องกับสภาวะแรงดันต่ํามาก (ระดับสุญญากาศสูงและสูงพิเศษ)

การทดสอบห้องสุญญากาศความร้อน

การไล่อากาศออกจากห้องสุญญากาศความร้อนต้องใช้กระบวนการสองขั้นตอน ขั้นแรก ผู้ปฏิบัติงานจะปั๊มอากาศออก จากนั้นจะปั๊มก๊าซที่ปล่อยออกมาจากผนังและวัตถุทดสอบ เวลาในการอพยพอาจใช้เวลาหนึ่งวันขึ้นไป ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับขนาดและการออกแบบดาวเทียม 

การทดสอบรอบอุณหภูมิ

ดาวเทียมจะสัมผัสกับอุณหภูมิที่รุนแรงในขณะที่เคลื่อนที่ สําหรับการทดสอบนี้ วิศวกรจําเป็นต้องเข้าถึงแรงดันสุญญากาศสูง (HV) อย่างน้อย 1 x 10 ^-6 mbar หรือต่ํากว่าภายในห้องสุญญากาศความร้อน

การทดสอบลม

เทคโนโลยีห้องสุญญากาศความร้อนค่อนข้างมีประสิทธิภาพ ห้องทดสอบสุญญากาศความร้อนบางห้องสามารถจําลองลมพลังงานแสงอาทิตย์ได้ ห้องอบพิเศษเหล่านี้มีปริมาตรสูงสุด 10,000 m³

หมายเหตุการทดสอบห้องสุญญากาศความร้อน

นอกเหนือจากการทดสอบดาวเทียมเองแล้ว ส่วนประกอบแต่ละชิ้นจะได้รับการทดสอบแยกกันก่อนการผสานรวมเข้ากับระบบ ซึ่งต้องใช้ห้องทดสอบที่มีปริมาตรน้อยกว่า 1 ถึง 100 m³

ปั๊มกระจายน้ํามันขนาดใหญ่และแผงระบายความร้อนด้วยฮีเลียมเป็นมาตรฐานเมื่อไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา ในปัจจุบัน ระบบสุญญากาศที่ทันสมัยและปราศจากน้ํามันเป็นสิ่งจําเป็นสําหรับการทดสอบห้องสุญญากาศความร้อน ปั๊มแช่แข็งที่ระบายความร้อนด้วยตู้เย็นมักมีระดับสุญญากาศสูงที่จําเป็นสําหรับการปฏิบัติงานที่สะอาด 

การทดสอบเครื่องฉีดไอออน

ดาวเทียมจําเป็นต้องมีการปรับตําแหน่งบ่อยครั้งเพื่อรักษาหรือเปลี่ยนเส้นโค้ง โดยส่วนใหญ่จะใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าสมัยใหม่ ไดรฟ์ไอออนจะเร่งไอออน (มักเป็นไอออนของก๊าซเฉื่อยหนักซีนอน) ทําให้เป็นกลาง และผลักไอออนออกในเครื่องฉีดน้ํา 

ไดรฟ์ไอออนช่วยให้มีน้ําหนักบรรทุกน้อยลงหรือเวลาในการทํางานยาวนานขึ้น 

การทดสอบความเสถียรระยะยาวของห้องซีนอน

ความจุขนาดใหญ่และการออกแบบที่คล่องตัวของห้องปั๊มแบบเย็นช่วยลดต้นทุนโดยรวมและช่วยให้การทดสอบความเสถียรในระยะยาว  

ต้องทดสอบตัวขับไอออนเป็นเวลานานในห้องสุญญากาศภายใต้สภาวะพื้นที่ รวมถึงการมีก๊าซซีนอนที่ดาวเทียมจะปล่อยออกมา เพื่อให้ได้การไหลของก๊าซที่แรงดัน 10 x 10-5 mbar หรือต่ํากว่า ห้องอบต้องรองรับความเร็วในการปั๊มระหว่าง 10,000 ลิตร/วินาที ถึง 100,000 ลิตร/วินาที

ซีนอนไม่ใช่ปั๊มที่ง่าย - การนําความร้อนที่ไม่ดีอาจทําให้ปั๊มเทอร์โบโมเลกุลร้อนเกินไปในระหว่างการบีบอัด นอกจากนี้ น้ําหนักโมเลกุลที่สูงยังทําให้เกิดการนําไฟฟ้าของแผ่นกั้นและวาล์วที่ไม่ดี ซึ่งสามารถลดความเร็วในการปั๊มของปั๊มแช่แข็งและปั๊มแพร่กระจายได้มากกว่า 50% โชคดีที่ TURBOVAC i ของ Leybold ได้รับการออกแบบมาเพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้

เพื่อให้ได้ความเร็วในการปั๊มที่สูงมากที่จําเป็นสําหรับการจําลองพื้นที่ในสภาพที่มีซีนอน จะมีการเพิ่มแผงเย็นลงในห้องอบ แผงจะถูกทําให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ํากว่า 50K โดยเครื่องทําความเย็นแบบแช่แข็งจังหวะเดียว ก๊าซซีนอนจะควบแน่นโดยตรงบนแผงภายในห้องสุญญากาศ 

ศักยภาพในการทดสอบความเสถียรที่ครอบคลุมและครอบคลุมนั้นชัดเจน แผงแช่แข็งขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 600 มม. มีความเร็วในการปั๊ม 16,000 ลิตร/วินาทีภายในห้องโดยไม่มีการสูญเสียการนําไฟฟ้าเนื่องจากสัมผัสโดยตรงในห้อง ตัวเลขนี้จะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ตามแผงควบคุมปั๊มเพิ่มเติมแต่ละแผง 

ห้องจําลองอวกาศเป็นกุญแจสําคัญในการบินทางอวกาศ

หากไม่มีความสามารถในการจําลองสภาวะอวกาศก่อนการเปิดตัว การบินในอวกาศจะเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากการทําความเข้าใจพฤติกรรมในอวกาศจําเป็นต้องมีการทดสอบบางอย่างในสภาพแวดล้อมนั้น

การจําลองพื้นที่เป็นการใช้งานที่สําคัญของเทคโนโลยีสุญญากาศขั้นสูง 