Насосы для моделирования космоса

Космические технологии и исследования были бы невозможны без вакуумной технологии. Но при такой сложной работе легко упустить из виду, где (и как, и почему) вакуум играет такую важную роль. Итак, в этой статье рассказывается о наиболее распространенных применениях вакуумной технологии в космосе — с подробностями о том, как она поддерживает космические полеты, космическое моделирование и вакуумные испытания, а также фундаментальные космические исследования.

Требования к вакуумным испытаниям для камер космического моделирования

Спутники стоят дорого, они:

• обычно они стоят более 100 миллионов долларов (и это без их запуска),
• их нелегко заменить при повреждении или утере (именно поэтому они рассчитаны на срок службы более 10 лет) и
• их трудно отремонтировать, когда они находятся в космосе.

В результате интенсивное тестирование и подготовка на земле перед запуском являются обязательными, и важным тестом, который необходимо провести перед запуском, является имитация спутника в вакууме.

Тестирование космического моделирования

Как работает вакуумная камера?

Для этого испытания давление должно находиться в диапазоне высокого вакуума: от 10-07 до 10-06 мбар. Тест проводится в основном в сочетании с тестом температурного цикла. Это связано с тем, что спутники испытывают тепло и холод в космосе в зависимости от того, находятся ли они в тени Земли.

Для тестирования температурного цикла мы используем тест в термовакуумной камере; некоторые тестовые камеры даже имитируют солнечный ветер! Эти камеры имеют объем до 10 000 м3.

Помимо тестирования самого спутника, каждый отдельный компонент тестируется индивидуально перед интеграцией в систему. Для этого требуются испытательные камеры объемом от 1 до 100 м3.

Требования и решения для термовакуумных испытаний

Вакуумирование термовакуумных камер означает откачку воздуха, а затем откачку газов, выделяющихся из стенок и тестируемых объектов. Здесь водяной пар обычно составляет более 80% состава остаточного газа. Время эвакуации может составлять день или больше, поскольку спутники не являются массовыми продуктами, и тесты в любом случае требуют длительной подготовки.

Требуемую скорость откачки для различных объемов камеры можно взять за эмпирическое правило.

Форвакуумная обработка перед запуском высоковакуумной системы обычно выполняется большими 3-ступенчатыми системами нагнетания воздуха до давления ниже 10-02 мбар. В 60-х и 70-х годах высокий вакуум создавался большими масляными диффузионными насосами или панелями, охлаждаемыми жидким гелием. Сегодня безмасляные вакуумные системы практически необходимы, поскольку они исключают любой риск загрязнения камеры маслом. Представьте себе масляные слои на дорогой, чувствительной оптике спутника после вакуумного испытания! Крионасосы с охлаждением в холодильнике и их огромной скоростью перекачки водяного пара были стандартом в течение последних 3 десятилетий. Они могут выдавать до 1 000 000 л/с для H2O и 60 000 л/с параллельно для воздуха. Во время испытания система форвакуумной обработки может быть отключена. Сегодня форвакууумная обработка обычно производится сухими винтовыми насосами в сочетании с роторными воздуходувками.

Космическое моделирование

Космос начинается на высоте более 100 км над уровнем моря, около 2200 активных спутников вращаются вокруг Земли.

Спутники чрезвычайно ценны, и их невероятно трудно заменить! Поскольку ремонт в космосе практически невозможен, перед запуском на Земле проводится интенсивное обязательное тестирование. Одним из наиболее важных тестов для моделирования является то, как спутник функционирует в вакууме.

Например, спутники на геостационарной орбите ("ГЕО", высота 35 800 км) работают с вакуумными давлениями в диапазоне низкого и сверхвысокого вакуума. Эти давления должны быть смоделированы с помощью испытаний, и эти испытания часто проводятся в сочетании с испытаниями температурного цикла (испытания на термовакуумный преобразователь). Более того, каждый компонент также тестируется индивидуально перед интеграцией в систему, для чего требуются испытательные камеры объемом 1-1000 м3.

Электрическая тяга

Электрическая тяга помогает спутникам поддерживать или изменять свою орбиту. Ксеноновые ионные двигатели ускоряют ионы, нейтрализуют их и выбрасывают струей, чтобы изменить положение спутника. Ключевым преимуществом по сравнению с химическими двигательными установками является способность работать либо с меньшей полезной нагрузкой, либо с более длительным временем эксплуатации. Тяга может ускоряться постоянно и в течение гораздо более длительного времени по сравнению с обычным химическим двигателем. Это означает, что в будущем могут быть возможны путешествия на другие планеты, такие как Марс.

Эти ионные двигатели должны испытываться в течение более длительных периодов времени в вакуумной камере в космических условиях. Поскольку в ионных двигателях с электрическим приводом обычно используется ксенон, вакуумные испытания должны соответствовать особым требованиям — перекачивать ксенон непросто!

Наблюдение за космическим пространством - телескопы

Для работы телескопов используется вакуумная технология. Например, это позволяет оптическим телескопам достигать высочайшей точности. Большие оптические телескопы имеют зеркала диаметром до 10 метров. Они покрыты слоем серебра, который отражает до 99% инфракрасного излучения. Поскольку эти зеркала подвергаются воздействию атмосферы, этот слой со временем разрушается. Вакуумная технология играет важную роль в нанесении покрытия и поддержании этого слоя на месте, где один или несколько больших крионасосов со скоростью откачки около 30 000 л / с используются для распыления постоянным током в больших камерах обсерваторий. Вакуумная технология также играет жизненно важную роль в радиотелескопах, где изоляционный вакуум обеспечивает безопасность оборудования.

Фундаментальные исследования - детекторы гравитационных волн

Детекторы гравитационных волн ищут гравитационные волны, возникающие в результате особых событий в космическом пространстве, таких как сверхновые, столкновения нейтронных звезд или черные дыры. Их цель – доказать общую теорию относительности Эйнштейна и его гипотезу о пространственно-временном континууме.

Применение вакуума гарантирует, что детекторы, чувствительные к отклонению больших масс, могут работать с предельной точностью, что играет определенную роль в гашении вибрации больших интерферометров длиной 500-4000 м, которые улавливают отклонения, оцениваемые всего в 10-18 метров!

Фундаментальные исследования - невесомость

Для исследований и разработки технологий, топливных баков, топливных клапанов и устройств для космических аппаратов требуется более точная компенсация силы тяжести, чем та, которую могут обеспечить параболические полеты в самолетах. Вакуумная технология позволяет создавать каплевидные башни (или каплевидные трубки), которые обеспечивают состояние невесомости.