คู่มือการเตรียมระบบสุญญากาศของคุณสําหรับห้องทดสอบ Thruster 5 พฤศจิกายน 2021
ด้วยความก้าวหน้าในเทคโนโลยีอัจฉริยะและวิทยาศาสตร์ที่เกือบคงที่ จึงมีความต้องการดาวเทียมเพิ่มขึ้น เพื่อปรับปรุงความสามารถของดาวเทียมและตอบสนองความต้องการของตลาด องค์กรต่างๆ กําลังวางจําหน่ายอุปกรณ์มูลค่าหลายล้านดอลลาร์และพัฒนาเทคนิคการทดสอบที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นสําหรับเทคโนโลยีอวกาศ
ดาวเทียม GEO, MEO และ LEO นําทางพื้นที่รอบโลกในระดับความสูงที่แตกต่างกัน ทั้งหมดนี้ใช้หัวขับเพื่อทําการปรับเล็กน้อยตามตําแหน่งและความสูง ในขณะที่บูสเตอร์ทํางานกับวัสดุตัวขับเคลื่อนประเภทต่างๆ ที่นี่เรามุ่งเน้นไปที่การขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า (EP) และโดยเฉพาะอย่างยิ่งบูสเตอร์ไอออน
ซีนอนเป็นตัวเลือกของ EP มานานแล้ว อย่างไรก็ตาม ราคาซีนอนที่สูงและความต้องการที่เพิ่มขึ้นกําลังผลักดันให้องค์กรต่างๆ ค้นหาทางเลือกที่ถูกกว่า ซึ่งนําไปสู่การที่คริปโตนกลายเป็นตัวขับเคลื่อนที่ต้องการสําหรับภารกิจอวกาศหลายอย่าง ด้านล่างนี้ เราจะแบ่งปันคู่มือทั่วไปสําหรับการสร้างระบบสุญญากาศสําหรับห้องทดสอบหัวขับ
ดังที่เราได้กล่าวถึงในบล็อกของเราเกี่ยวกับเทคโนโลยีสุญญากาศสําหรับห้องจําลองพื้นที่ การผสมผสานของเครื่องทําความเย็นแบบเย็นชนิด Gifford McMahon และแผ่นควบแน่น (แผงเย็น) ถูกใช้เพื่อปั๊มซีนอนในระหว่างกระบวนการทดสอบของหัวขับ ก๊าซคริปโตนจะควบแน่นในลักษณะเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ต้องพิจารณาเกณฑ์ที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับลักษณะของเชื้อเพลิงที่ใช้
ระบุประเภทของหัวเย็น
ก่อนที่จะกําหนดจํานวนแผงเย็นที่จําเป็นเพื่อให้ได้ความเร็วในการปั๊มที่ต้องการ เราต้องกําหนดประเภทของหัวเย็นที่เหมาะสมที่สุดสําหรับการใช้งาน เช่น ตามพารามิเตอร์กระบวนการก่อน
หัวเย็นถูกกําหนดโดย:
- ประเภทของก๊าซขับเคลื่อน: Krypton (Kr), Xenon (Xe)
- ความดันของกระบวนการโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 5e-6 mbar ถึง 5e-5 mbar
ตามกฎทั่วไป อุณหภูมิการควบแน่นที่เลือกสําหรับคริปโตนจะทําให้แรงดันไออิ่มตัวต่ํากว่าแรงดันที่ต้องการหนึ่งลําดับ ซึ่งเป็นการคํานวณการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิหลังจากการควบแน่นที่อาจนําไปสู่การเพิ่มขึ้นของแรงดัน
ดังนั้น เราจึงเลือก:
- T= 33K เป็นอุณหภูมิการควบแน่นสําหรับคริปโตน
- และ T = 45 K สําหรับซีนอน
ซึ่งจะช่วยให้เราอยู่ในพื้นที่ราบสูงของความเร็วในการปั๊มสูงสุดต่อพื้นที่ผิว
โดยทั่วไปแล้ว หัวเย็นแบบจังหวะเดียวจะใช้สําหรับการใช้งานประเภทนี้ร่วมกับแผงควบคุมการเย็น
หมายเหตุ: ความจุการทําความเย็นแสดงถึงโหลดความร้อนสูงสุดในหน่วยวัตต์ที่สามารถใช้กับแผงควบคุมเพื่อรักษาอุณหภูมิที่ต้องการ
ตัวอย่างเช่น เราเลือกหัวเย็น CP 250 MDi ซึ่งมีความสามารถในการระบายความร้อน 83W ที่ 33K (สําหรับการควบแน่น Kr) และ 122 W ที่ 45 K (สําหรับการควบแน่น Xe)
เมื่อเลือกหัวเย็นที่เหมาะสมและประเมินความสามารถในการทําความเย็นแล้ว ตอนนี้เราสามารถคํานวณเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดที่อนุญาตสําหรับแผงแช่แข็งที่เราสามารถติดกับหัวเย็นได้
ในการคํานวณนี้ เราพิจารณาว่าการถ่ายเทความร้อนผ่านรังสีเป็นรูปแบบเดียวของการถ่ายเทความร้อน เนื่องจากกระบวนการเกิดขึ้นที่สุญญากาศสูง
การประเมินนี้ดําเนินการโดยคํานึงถึงค่าเผื่อความปลอดภัยต่อไปนี้:
- โหลดความร้อนสูงสุดเท่ากับความจุการทําความเย็นที่ T= 33K และ T= 45K
- ค่าสัมประสิทธิ์การปล่อยของผนังห้องอบเท่ากับ 1; εw= 1 (รังสีดํา) นี่คือการพิจารณาว่าอาจเกิดการสปัตเตอร์และ/หรือการกัดกร่อนของผนังห้องอบหลังจากการทดสอบหัวขับเป็นเวลานาน ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อการปล่อยไอเสียของผนังห้องอบ ค่าการปล่อยพลังงานเริ่มต้นอยู่ระหว่าง 0.4 - 0.7 สําหรับผนังสเตนเลสสตีลที่สะอาด ค่านี้อาจต่ํากว่าค่าที่กล่าวถึง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการรักษาด้วย
- ค่าสัมประสิทธิ์การปล่อยของแผงแช่เย็น (แผ่นทองแดงแผ่น Ni εk ~ 0.1) จะเท่ากับ 0.7 เพื่อคํานวณชั้นน้ําแข็งหนาที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของแผงหลังจากการปั๊มหลายชั่วโมง
โดยที่ σ ถูกกําหนดเป็นค่าคงที่ Stefan-Botlzmann การคํานวณนี้สามารถคาดการณ์ได้เป็น:
Q = f*εk* Ak*σ* (Tw4-Tk4)
f = 1/(1+ εk* Ak* (1/εw -1)/Aw )
Ak =Aw
f = 1/(1+ εk* (1/εw -1))
Ak= Q/ (f*εk*σ* (Tw4-Tk4))
เราพิจารณา Aw (พื้นที่ของผนัง) = Ak (พื้นที่ของแผงแช่เย็น) เป็นจานขนานสองจาน (โหลดความร้อนสูงสุด) ที่มีตัวประกอบมุมมองเท่ากับ 1 Tk = 33K หรือ 45 K และ Tw = 298 K
โดยใช้สมการและค่าที่กล่าวถึงข้างต้น เราจะคํานวณเส้นผ่านศูนย์กลางแผงสูงสุดที่อนุญาตโดยขึ้นอยู่กับหัวเย็นและก๊าซที่จะปั๊ม นอกจากนี้ เรายังระบุขีดจํากัดที่เราต้องปฏิบัติตามเพื่อให้มั่นใจว่าความเร็วในการปั๊มและความดันในกระบวนการสูงและเสถียร
เมื่อเลือกเส้นผ่านศูนย์กลางของแผงแล้ว เราจะสามารถคํานวณแผงตัวเลขสําหรับการไหลรวมของคริปตอนและซีนอนได้
คํานวณจํานวนหัวเย็นและแผงแช่เย็นที่จําเป็น
ในการคํานวณจํานวนหัวเย็นและแผงเย็นที่จําเป็น เราจะคํานวณก่อน:
- ความเร็วในการปั๊มต่อพื้นที่ผิว - SA = SQRT (kB*10*T/(2*M*π))
- ความเร็วในการปั๊มตามทฤษฎีต่อแผงควบคุม - S= SA *Ak (พื้นที่แผงควบคุม) ในที่นี้ เราจะพิจารณาเฉพาะพื้นผิวด้านหน้าของแผงควบคุมเป็นพื้นผิวปั๊มเท่านั้น
- เมื่อ SA (Kr) = 6.6 l/s.cm2 และ SA (Xe) = 5.44 l/s.cm2 สามารถคํานวณความเร็วในการปั๊มของแผงควบคุมสําหรับก๊าซแต่ละชนิดได้ดังนี้: เราประมาณการลดความเร็วในการปั๊มลง 10% เป็นค่าเผื่อความปลอดภัยทําให้ความเร็วในการปั๊มที่มีประสิทธิภาพเท่ากับ Seff = S*0.9 = SA *Ak *0.9
- ตอนนี้เราจะพิจารณาการไหลของก๊าซแต่ละชนิดในเวลาที่กําหนด: ที่การไหลของก๊าซที่กําหนด dqpv/dt [Pa.l/s] ความเร็วในการปั๊มที่จําเป็น Stot จะถูกคํานวณโดยขึ้นอยู่กับแรงดันในกระบวนการ P ดังนี้ Stot = dqpv/dt / P
เมื่อมีความเร็วในการปั๊มทั้งหมดที่จําเป็น จํานวนแผงควบคุมที่จําเป็นสามารถคํานวณได้โดยการหารค่า Stot ด้วยความเร็วในการปั๊มที่มีประสิทธิภาพของแผงควบคุม
ดังนั้นจํานวนแผงที่จําเป็นคือ N = Stot / Seff
ก้าวต่อไปในเทคโนโลยีอวกาศและเครื่องขับเคลื่อน
- ผลิตภัณฑ์ของเรา
- บล็อกที่เกี่ยวข้อง
- บทความความรู้
ผลิตภัณฑ์ของเรา
ระบบสุญญากาศมากมายที่เราออกแบบและสร้างขึ้นนั้นออกแบบมาเพื่อวัตถุประสงค์ของพวกเขา
ระบบสุญญากาศมากมายที่เราออกแบบและสร้างขึ้นนั้นออกแบบมาเพื่อวัตถุประสงค์ของพวกเขา
