Vuoto per ricerca e simulazione spaziale

I test per i motori ionici come i propulsori ionici a radiofrequenza, i propulsori a effetto Hall e altri sistemi di propulsione basati sul plasma richiedono ambienti di vuoto in cui la pressione di fondo e la pressione parziale del propellente sono mantenute a livello abbastanza basso da evitare che la struttura induca alterazioni nell'espansione dei gas di scarico e nelle caratteristiche del fascio.

A seconda del tipo di propulsore e del flusso di propellente, le pressioni di esercizio variano tipicamente da 10^-7 hPa (mbar) a diversi 10^-5 hPa (mbar).

La propulsione elettrica utilizza comunemente gas propellenti nobili come lo xenon o il kripton, il cui peso molecolare e le cui portate impongono significativi requisiti al sistema per vuoto.

Pfeiffer fornisce concept di pompe per vuoto scalabili, dallepompe per vuoto turbomolecolari compatte per configurazioni di laboratori a sistemi ad alta produttività per test di propulsori su larga scala. Sono progettate per mantenere una pressione stabile sotto carico continuo di gas nobili. La misurazione della pressione integrata e l'analisi dei gas residui (RGA) consentono il monitoraggio continuo della composizione gas e la verifica dell'involucro di test della struttura durante il funzionamento.

I test di propulsione chimica, inclusi quelli per i motori dei missili, generano carichi di gas molto elevati e transizioni di carico improvvise, in particolare durante l'accensione. Per mantenere una contropressione stabile in queste condizioni, il sistema per vuoto deve fornire un'elevata capacità di aspirazione e rispondere rapidamente alle variazioni della portata.

Pfeiffer ottiene questo risultato con le sue unità pompa booster per vuoto che combinano booster per vuoto con pompe per vuoto a vite a secco. Questo design distribuisce il carico di gas su diversi stadi, previene il sovraccarico termico e fornisce la portata richiesta nell'intervallo di basso e medio vuoto.

Il funzionamento a controllo di frequenza consente di adattare la portata volumetrica al carico di gas transitorio. Le prestazioni del sistema possono essere verificate con test di carico a gradino con orifizio di grande diametro che riproducono il profilo di carico previsto prima dell'attivazione.

In ambienti esplosivi in cui occorre tenere conto di fonti di accensione o propellenti infiammabili, sono disponibili configurazioni conformi alla direttiva ATEX.

In una camera termovuoto (TVAC) vengono create condizioni di vuoto e ambienti di temperatura definiti per simulare lo spazio.

Il calore viene trasferito senza convezione, così da poter controllare la temperatura tramite concept di riscaldamento o raffreddamento esterno come gli scudi termici. Ciò consente di eseguire test sulla stabilità e sulle prestazioni dei componenti in condizioni pressione e temperatura rilevanti per lo spazio.

I propulsori ionici ionizzano un gas propellente come lo xeno e accelerano gli ioni utilizzando campi elettrici o campi magnetici. Il fascio ionico risultante produce una spinta bassa ma continua, consentendo una propulsione efficiente di lunga durata per il posizionamento dei satelliti e per missioni nello spazio profondo.

La propulsione nello spazio si basa sulla terza legge di Newton:l'espulsione di una massa in una direzione genera un movimento nella direzione opposta.

.I motori chimici espellono gas di scarico caldi, mentre la propulsione elettrica accelera le particelle caricate. Anche senza aria, la massa espulsa fornisce la forza di reazione che genera il movimento del veicolo spaziale.

I requisiti di pressione dipendono dall'applicazione. Molti test del termovuoto e dei materiali operano nell'intervallo di medio vuoto, mentre i test di propulsione elettrica spesso richiedono vuoto ultra alto (UHV) per evitare la distorsione del fascio di ioni e interazioni indesiderate tra le particelle propellenti e la struttura.

I materiali utilizzati nei test del vuoto nello spazio devono avere una bassa emissione di gas, un comportamento meccanico stabile nei cicli termici e superfici pulite e compatibili con il vuoto.

L'acciaio inossidabile è il materiale standard per le camere a vuoto e i componenti interni, in quanto ha intrinsecamente una bassa emissione di gas. Le superfici in acciaio inossidabile delle camere e dei componenti sono generalmente sabbiate con microsfere di vetro, rettificate, fresate o elettrolucidate. Una pulizia adeguata e un assemblaggio ermetico sono essenziali e per ridurre ulteriormente i carichi di gas legati alla superficie viene spesso applicato il riscaldamento in vuoto.

Le guarnizione in elastomero rappresentano la principale fonte di gas residui. Inoltre, i materiali all'interno del dispositivo sottoposto a test, come polimeri, vernici, adesivi e componenti elettrici, spesso dominano il comportamento generale del degassamento. Questi materiali vengono quindi valutati utilizzando parametri di screening standardizzati, come la perdita di massa totale (TML) e i materiali condensabili volatili raccolti (CVCM), come definito negli standard i test dei materiali di NASA ed ECSS.

Il riscaldamento in vuoto rimuove l'acqua adsorbita e i composti volatili riscaldando i componenti sotto vuoto. Si riduce così il rischio di contaminazione per i componenti ottici, i rilevatori o le apparecchiature di propulsione e si contribuisce a ottenere una pressione stabile nei test successivi.

Il riscaldamento in vuoto è un passaggio tipico dei processi di screening e qualificazione dei materiali.

I contaminanti possono migrare e condensare sulle superfici fredde sotto vuoto, compromettendo i rivestimenti ottici, le prestazioni di rilevamento o le superfici soggette a controllo termico.

Superfici pulite, materiali a bassa emissione di gas e condizioni di vuoto controllate garantiscono che i risultati dei test rispecchino accuratamente il comportamento nello spazio.

I test con propulsore ionico richiedono tipicamente livelli di vuoto compresi tra 10^-7 hPa (mbar) fino a diversi 10^-5 hPa(mbar), a seconda del flusso di propellente e del tipo di propulsore.

Il sistema per vuoto deve fornire un'elevata capacità di aspirazione per rimuovere lo xeno o il kripton scaricati e mantenere una pressione di fondo stabile. L'analisi dei gas residui può essere utilizzata per il monitoraggio della composizione gas durante il funzionamento del propulsore.

Ogni requisito di test è unico. Pfeiffer progetta e costruisce camere termovuoto personalizzate e unità pompe per vuoto integrate su misura per profili di missione specifici.

Che l'obiettivo sia l'analisi del getto di un propulsore ionico, studi di degassamento dei materiali o il rivestimento dello specchio del telescopio, i nostri ingegneri forniscono assistenza end-to-end, dalla progettazione e calcolo del sistema all'installazione, calibrazione e assistenza.

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Pfeiffer combina oltre 130 anni di esperienza nella progettazione del vuoto con un profondo know-how delle applicazioni in ambienti aerospaziali e di ricerca. Dai banchi di prova universitari compatti alle strutture di propulsione su larga scala, forniamo sistemi completi: camere a vuoto, pompe per vuoto, misuratori e strumenti di analisi, che garantiscono condizioni di test stabili, prive di contaminazione e ripetibili.

La nostra rete di assistenza globale e la stretta collaborazione con gli istituti di ricerca rendono Pfeiffer un partner affidabile per la riproduzione delle condizioni spaziali sulla Terra.

I missili elettrici sono sistemi di propulsione che utilizzano la potenza elettrica per ionizzare e accelerare i gas propellenti come lo xeno. Producono una spinta bassa ma continua e funzionano in condizioni di alto vuoto o vuoto ultra-alto

I missili chimici generano la spintabruciando i propellenti, producendo gas di scarico caldi e un elevato flusso di massa. Richiedono un sistema per vuoto in grado di gestire grandi carichi di gas e transitori rapidi durante l'accensione.

Pfeiffer combina oltre 130 anni di esperienza nella progettazione del vuoto con un profondo know-how delle applicazioni in ambienti aerospaziali e di ricerca. Dai banchi di prova universitari compatti alle strutture di propulsione su larga scala, forniamo sistemi completi: camere a vuoto, pompe per vuoto, misuratori e strumenti di analisi, che garantiscono condizioni di test stabili, prive di contaminazione e ripetibili.

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