Vácuo para simulação de espaço e pesquisa

Os testes de motores iônicos, como propulsores iônicos de radiofrequência, propulsores de efeito Hall e outros sistemas de propulsão baseados em plasma, exigem ambientes a vácuo nos quais a pressão de fundo e a pressão parcial do propulsor sejam mantidas baixas o suficiente para evitar alterações induzidas pela instalação na expansão da exaustão e nas características do feixe.

Dependendo do tipo de propulsor e do fluxo de propulsante, as pressões de operação variam normalmente entre 10^-7 hPa (mbar) até 10^-5 hPa (mbar).

A propulsão elétrica geralmente usa gases propulsores nobres, como xenônio ou criptônio, cujo alto peso molecular e volumes de vazão impõem demandas significativas ao sistema de vácuo.

A Pfeiffer oferece conceitos de bomba escaláveis – desdeunidades compactas de bomba de vácuo turbomolecular para configurações de laboratório até sistemas de alto rendimento para testes de propulsores em escala completa. Eles são projetados para manter a pressão estável sob carga contínua de gás nobre. A medição de pressão integrada e a análise de gás residual (RGA) permitem o monitoramento contínuo da composição do gás e a verificação do invólucro de teste da instalação durante a operação.

Os testes de propulsão química, incluindo os realizados em motores de foguete, geram cargas de gás muito elevadas e transições bruscas de carga, especialmente durante a ignição. Para manter uma contrapressão estável nessas condições, o sistema de vácuo deve fornecer alta velocidade de bombeamento e responder rapidamente à alteração do rendimento.

A Pfeiffer consegue oferecer isso com suas unidades de acelerador de vácuo, que combinam aceleradores de vácuo com bombas de parafuso a seco. Este design distribui a carga de gás por vários estágios, evita sobrecarga térmica e fornece o rendimento necessário na faixa de vácuo industrial e vácuo médio.

A operação com controle de frequência permite que a velocidade de bombeamento corresponda à carga de gás transiente. O desempenho do sistema pode ser verificado por meio de testes de carga escalonada com orifícios de grande diâmetro, que reproduzem o perfil de carga esperado antes da queima.

Em ambientes explosivos, onde é necessário levar em conta propulsores inflamáveis ou fontes de ignição, estão disponíveis configurações em conformidade com a norma ATEX.

Em uma câmara de vácuo térmico (TVAC), condições de vácuo e ambientes de temperatura definidos são criados para simular o espaço.

A transferência de calor ocorre sem convecção, portanto, a temperatura é controlada por meio de conceitos de aquecimento ou resfriamento externos, como coberturas térmicas. Isso permite que os componentes sejam testados quanto à estabilidade e ao desempenho sob condições de pressão e condições de temperatura relevantes para o espaço.

Os propulsores de íons ionizam um gás propulsor, como o xenônio, e aceleram os íons por meio de campos elétricos ou magnéticos. O feixe de íons resultante produz um impulso baixo, mas contínuo, permitindo uma propulsão eficiente de longa duração para o posicionamento de satélites e missões no espaço profundo.

A propulsão espacial baseia-se na terceira lei de Newton:a expulsão de massa em uma direção gera movimento na direção oposta.

Os motores químicos expelem gases de exaustão quentes, enquanto a propulsão elétrica acelera as partículas carregadas. Mesmo sem ar, a massa expelida fornece a força de reação que gera o movimento da espaçonave.

Os requisitos de pressão dependem da aplicação. Muitos testes térmicos a vácuo e de materiais operam na faixa de vácuo médio, enquanto os testes de propulsão elétrica frequentemente requerem vácuo ultra-alto (UHV) para evitar distorção do feixe de íons e interações indesejadas entre as partículas do propulsor e a instalação.

Os materiais usados em testes de vácuo espacial devem apresentar baixa liberação de gases, comportamento mecânico estável sob ciclos térmicos e superfícies limpas e compatíveis com o vácuo.

O aço inoxidável é o material padrão para câmaras de vácuo e componentes internos, pois oferece uma desgaseificação inerentemente baixa. As superfícies de aço inoxidável das câmaras e dos componentes são normalmente jateadas com esferas de vidro, retificadas, fresadas ou eletropolidas. A limpeza adequada e a montagem estanque são essenciais, e frequentemente é aplicado um processo de baking para reduzir ainda mais as cargas de gás relacionadas à superfície.

Os selos elastoméricos representam a principal fonte de gases residuais. Além disso, os materiais presentes no dispositivo em teste, como polímeros, tintas, adesivos e componentes elétricos, frequentemente determinam o comportamento geral de desgaseificação. Esses materiais são, portanto, avaliados utilizando parâmetros de triagem padronizados, como a Perda de Massa Total (TML) e os Materiais Voláteis Condensáveis Coletados (CVCM), conforme definido nas normas de teste de materiais da NASA e da ECSS.

O baking a vácuo remove a água adsorvida e os compostos voláteis aquecendo os componentes sob vácuo. Isso reduz o risco de contaminação para óptica, detectores ou hardware de propulsão e ajuda a atingir uma pressão estável nos testes subsequentes.

O baking é uma etapa típica em processos de triagem e qualificação de materiais.

Os contaminantes podem migrar e condensar em superfícies frias no vácuo, afetando os revestimentos ópticos, o desempenho do detector ou as superfícies de controle térmico.

Superfícies limpas, materiais de baixa desgaseificação e condições controladas de vácuo garantem que os resultados dos testes reflitam com precisão o comportamento no espaço.

Os testes de propulsores de íons tipicamente exigem níveis de vácuo a partir dos 10^-7 hPa (mbar) até vários 10^-5 hPa (mbar), dependendo do fluxo de propulsor e do tipo de propulsor.

Os sistemas de vácuo devem oferecer alta velocidade de bombeamento para remover os gases de exaustão de xenônio ou criptônio e manter uma pressão de fundo estável. A análise de gases residuais pode ser usada para monitorar a composição dos gases durante a operação do propulsor.

Cada requisito de teste é único. A Pfeiffer projeta e constrói câmaras de vácuo térmico personalizadas e unidades integradas de bombas de vácuo adaptadas a perfis de missão específicos.

Seja o objetivo a análise de feixes de propulsores de íons, estudos de desgaseificação de materiais ou revestimento de espelhos telescópicos, nossos engenheiros oferecem suporte de ponta a ponta – desde o projeto e cálculo do sistema até a instalação, calibração e serviço.

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A Pfeiffer combina mais de 130 anos de experiência em engenharia de vácuo com profundo conhecimento de aplicações em ambientes aeroespaciais e de pesquisa. Desde bancos de ensaio universitários compactos até instalações de propulsão em escala real, fornecemos sistemas completos – câmaras de vácuo, bombas de vácuo, medidores e ferramentas de análise – que garantem condições de teste estáveis, livres de contaminação e reproduzíveis.

Nossa rede global de serviços e a estreita colaboração com institutos de pesquisa tornam a Pfeiffer um parceiro confiável para reproduzir as condições do espaço na Terra.

Foguetes elétricos são sistemas de propulsão que utilizam energia elétrica para ionizar e acelerar gases propulsores, como o xenônio. Eles produzem empuxo baixo, porém contínuo, e operam em condições de vácuo alto ou ultra-alto

Foguetes químicos geram empuxo pela queima de propulsores, produzindo gases de exaustão quentes e alto fluxo de massa. Eles requerem sistemas de vácuo capazes de lidar com grandes cargas de gás e transientes rápidos durante a ignição.

A Pfeiffer combina mais de 130 anos de experiência em engenharia de vácuo com profundo conhecimento de aplicações em ambientes aeroespaciais e de pesquisa. Desde bancos de ensaio universitários compactos até instalações de propulsão em escala real, fornecemos sistemas completos – câmaras de vácuo, bombas de vácuo, medidores e ferramentas de análise – que garantem condições de teste estáveis, livres de contaminação e reproduzíveis.

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