Large Space Simulator (LSS). Kanskje noen her i gruppa kjenner igjen denne simulatoren fra tidligere innlegg?

Hva er den til?

Large Space Simulator er Europas eneste største vakuumkammer. Det er en sylindrisk beholder som er 15 m høy og 10 m bred. Simulatoren brukes til å teste romfartøy i full størrelse under representative romforhold.

Simulatorens høyytelsespumper kan oppnå et vakuum en milliard ganger lavere enn standard havnivåatmosfære, mens flytende nitrogen sirkulert rundt simulatoren tilnærmer seg de kryogene temperaturene i rommet.

En rekke kraftige xenonlamper kan gjengi ufiltrert sollys i jordens bane, eller skru opp enda høyere for å duplisere energiintensiteten som oppleves nærmere solen. Maskinvare kan også roteres for å reprodusere karakteristisk banebevegelse etter hvert som testingen fortsetter.

Hva slags testing utfører den?

Large Space Simulator sin nære simulering av miljøforhold i bane gjør at det kan utføres et bredt spekter av tester for å støtte designoptimalisering og verifisering av romfartøyer og nyttelast.

Simulatoren brukes til både termisk og mekanisk testing. Termisk kontrolldesignere jobber med å definere faste temperaturgrenser for romstrukturer – hvis en satellitt blir for varm eller for kald, kan oppdragsytelsen påvirkes. Infrarød termografi kan brukes til å kartlegge maskinvaretemperaturmønstre, med termiske tester i Simulatoren kan fortsette i flere uker av gangen for å sikre at testelementet holder seg innenfor det prognoserte temperaturområdet.

Ekstreme temperaturer kan også forårsake ekspansjon eller sammentrekning av romfartøymaterialer, definert av deres ‘termiske ekspansjonskoeffisient'. Dette kan forårsake forstyrrelse av satellittplattformen og delsystemene, og forårsake mikrovibrasjoner og til og med stressbrudd.

“Termisk vakuum sykling” -testing gjengir det raske temperaturskiftet som forårsakes når orbital romfartøy beveger seg inn og ut av sollys. En skanningsteknikk kalt ‘fotogrammetri' brukes for å oppnå presisjonsdeformasjonsmålinger.

For mekanisk testing kan utplassering av komplette store strukturer som foldede antenner eller solcelleoppsett utføres under representative romforhold – vakuum- og temperaturekstremer som har potensial til å forstyrre slike manøvrer. “Dynamisk balansering” -testing utføres også, hvor en satellitt kan snurres rundt aksen.

Fortsett å lese nedenfor

Hva er funksjonene?

Large Space Simulator har et totalt volum på 2300 kubikkmeter. Det består av:

• Hovedkammer – En vertikal sylinder, hvis toppflens danner et avtagbart lokk for enkel lasting i kammeret. En ytterligere 5 m lang dør-med en dør i mannlig størrelse for rask tilgang-er også tilgjengelig på lavere testgulvnivå. Innsiden er en stabil prøve-støtte plattform, mekanisk koblet fra både kammer og bygningsbevegelser som gir et veldig stille mekanisk miljø. Dette er veldig viktig for dynamiske tester, optisk kalibrering og varmeledningsoperasjoner under varmebalansefaser. Mange flenser og porter for instrumentering og observasjon. 
• Hjelpekammer – En horisontal sylinder som gir et stabilt grensesnitt med solsimuleringsoptikken og huser linsen som produserer parallellstrålen på en stiv støttestruktur. 
• Skap – Både hoved- og hjelpekamre er utstyrt med en rekke rustfrie stålhylster som er temperaturkontrollert, ved bruk av flytende eller gassformig nitrogen, i et område fra 353 ned til 100 Kelvin, avhengig av valgt driftsmodus. Ingeniører kan uavhengig styre dekslene i begge kamrene, slik at forskjellige temperaturkombinasjoner tillates. 
• Dolsystem for solsimulator -Dette gir en horisontal solstråle med en diameter på 6 m med utmerket uniformitet og veldig høy stabilitet på lang og kort sikt (mindre enn 0,5%). Et intensitetsnivå på én solkonstant (standard solenergi mottatt på jordens avstand fra solen, tilsvarende 1380 watt per kvadratmeter) kan produseres ved å bruke 12 av 19 xenonlampemoduler med en nominell effekt på 20 kilowatt per lampe. Med alle lamper med full effekt, kan ingeniører oppnå fluss over 2700 watt per kvadratmeter.
  Solsimulatoren har derfor en høy grad av redundans, noe som betyr at ingeniører kan utføre tester i lange perioder eller med høy intensitet.
  Om nødvendig kan ingeniører også utstyre solsimulatoren med 32 kilowatt lamper. 
• Subsystem med høyt vakuum- Simulatorkammeret er uten trykk ved hjelp av både det helt oljefrie sentrale pumpesystemet og et dedikert høytvakuumsystem. Et typisk vakuumnivå på en milliondel av en millibar oppnås ved bruk av turbomolekylære pumper og to lukkede kjøleskapskryopumper. En flytende heliumkryopump er tilgjengelig i hjelpekammeret hvis ingeniører krever ekstra pumpekapasitet.
  Kamrene ventileres ved hjelp av nitrogengass til opptil 100 millibar og deretter med ren luft opp til atmosfærisk trykk. Den totale ventilasjonstiden kan justeres fra fire til 24 timer avhengig av behov.
  To uavhengige kryopaneler, som ble tatt i bruk tidlig i kammerevakueringsfasen og kun ble renovert under ventilering, gir optimal beskyttelse mot forurensning for både testobjektet og anlegget. 
• Bevegelsessimulator -Brukere kan velge mellom to bevegelsessimuleringskonfigurasjoner, gimbalstativet og åkkonfigurasjonen.
  Takket være de to konfigurasjonene kan ingeniører plassere en testartikkel i Large Space Simulator i nesten hvilken som helst posisjon i forhold til solstråleaksen. Drivsystemene og kontrollene gjør det mulig å simulere satellittbevegelse i bane innenfor et stort hastighetsområde og høy vinkelposisjonsnøyaktighet. Som med kamrene er bevegelsessimulatoren utstyrt med termisk kontrollerte deksler.
  Et nivelleringsbord kan monteres på åket eller gimbalstativet for nøyaktig å kontrollere satellittorienteringen til en nøyaktighet på 0,01 grader. 
• Facility Data Handling (FDH) – Alle fasilitetsparametere blir registrert og tilgjengelig i sanntid for operatørene for å overvåke testen. En dedikert datamaskin for datahåndtering samler inn data for analyse og for detaljert feilsøking ved feil.

Hvilke fordeler gir det?

Siden den først ble satt i drift i 1986, har Large Space Simulator vist seg å være et unikt anlegg som har satt nye standarder innen romsimuleringsteknikker.

Det eksepsjonelle testvolumet gjør den til et utmerket verktøy for å teste store satellitter og systemer under forhold som er veldig nær dem som finnes i bane. Simulatoren har utført termisk og mekanisk testing for mange av ESAs største oppdrag, inkludert Envisat, XMM, ERA, Herschel og Automated Transfer Vehicle (ATV).

For more information

Ta kontakt med Gaetan Piret, ESTEC testsenterleder.

Gaetan.Piret @ esa.int