Космическая энергетическая установка

Space Power Facility ( SPF ) — это объект НАСА, используемый для тестирования оборудования космических полетов в моделируемых условиях запуска и космического полета. SPF является частью испытательного центра НАСА Нила А. Армстронга, который, в свою очередь, является частью Исследовательского центра Гленна . Испытательный центр Нила А. Армстронга и SPF расположены недалеко от Сандаски, штат Огайо ( городок Оксфорд, округ Эри, штат Огайо ).

SPF способен моделировать среду запуска космического корабля, а также условия в космосе. НАСА разработало эти возможности под одной крышей, чтобы оптимизировать испытания оборудования для космических полетов и минимизировать проблемы с транспортировкой. Space Power Facility стал «единым центром» по квалификации летной аппаратуры для пилотируемых космических полетов. Этот объект предоставляет возможность проводить следующие экологические испытания:

Термовакуумные испытания
Акустические испытания реверберации
Механические вибрационные испытания
Модальное тестирование
Электромагнитные помехи и тестирование совместимости

Термовакуумная испытательная камера

Космическая энергетическая установка ( SPF ) представляет собой вакуумную камеру , построенную НАСА в 1969 году. Она имеет высоту 122 фута (37 м) и диаметр 100 футов (30 м) и окружает пространство в форме пули . Это крупнейшая в мире термовакуумная камера. Первоначально он был введен в эксплуатацию для исследований ядерной энергетики в условиях вакуума, но позже был выведен из эксплуатации. Впоследствии он был повторно введен в эксплуатацию для использования при испытаниях двигательных систем космических кораблей. Недавние применения включают тестирование систем посадки на подушках безопасности для Mars Pathfinder и марсоходов Spirit и Opportunity в моделируемых атмосферных условиях Марса.

Объект был спроектирован и построен для испытаний как ядерной, так и неядерной космической техники в моделируемой среде низкой околоземной орбиты. Хотя объект был спроектирован для испытаний ядерной техники, за всю его историю проводились только неядерные испытания. Некоторые из программ испытаний, которые проводились на объекте, включают эксперименты с высокими энергиями, испытания отделения обтекателя ракеты, испытания системы спускаемого аппарата на Марс, испытания развертываемого солнечного паруса и испытания оборудования Международной космической станции.

Установка может поддерживать высокий вакуум (10 ⁻⁶ Торр , 130 мкПа); имитируйте солнечное излучение с помощью массива кварцевых тепловых ламп мощностью 4 МВт, солнечный спектр с помощью дуговой лампы мощностью 400 кВт и холодную окружающую среду (-320 ° F (-195,6 ° C)) с помощью криогенного холодного кожуха с изменяемой геометрией.

Этот объект доступен на основе полного возмещения стоимости правительству, университетам и частному сектору.

Алюминиевая испытательная камера

Алюминиевая испытательная камера представляет собой герметичный алюминиевый пластинчатый сосуд диаметром 100 футов (30 м) и высотой 122 фута (37 м). Камера рассчитана на внешнее давление 2,5 фунтов на квадратный дюйм (17 кПа) и внутреннее давление 5 фунтов на квадратный дюйм (34 кПа). Она изготовлена из алюминия типа 5083, внутренняя поверхность которого покрыта защитным слоем. 1 ⁄ дюйма Алюминий марки 3003 толщиной (3,2 мм) для защиты от коррозии. Этот материал был выбран из-за его низкого нейтронов сечения поглощения . Плита пола и вертикальная оболочка имеют общую толщину 1 дюйм (25 мм), а оболочка купола 1 + 3 ⁄ 8 дюйма (35 мм). По окружности к внешней поверхности приварены алюминиевые элементы Т-образного профиля глубиной 3 фута (0,9 м) и шириной 2 фута (0,6 м). Двери испытательной камеры имеют размер 50 на 50 футов (15 на 15 м) и имеют двойные уплотнения для предотвращения утечки. Пол камеры был рассчитан на нагрузку 300 тонн.

Бетонное ограждение камеры

Бетонное ограждение камеры служит не только радиологической защитой, но и первичным вакуумным барьером от атмосферного давления. Камера диаметром 130 футов (40 м) и высотой 150 футов (46 м) была спроектирована так, чтобы выдерживать атмосферное давление снаружи камеры, в то же время внутри нее возникают условия вакуума. Толщина бетона варьируется от 6 до 8 футов (от 1,8 до 2,4 м), внутри него находится герметичный стальной барьер. Двери камеры имеют размеры 50 на 50 футов (15 на 15 м) и имеют надувные уплотнения. Во время испытания пространство между бетонным корпусом и алюминиевой испытательной камерой откачивается до давления 20 торр (2,7 кПа).

Интерьер Космической энергетической установки.
Стандартный кожух Кентавра на Космическом энергетическом комплексе.
Пластина для очистки камеры SPF Thermo-Vac НАСА
Камера НАСА SPF Thermo-Vac VacCryo Pump, вид из подвала кольцевого пространства
Турбо-молекулярные насосы с термовакуумной камерой SPF НАСА

Брайан Кокс из Human Universe BBC снял эпизод с падением камней и перьев на Космической энергетической установке. Ниже приведен клип на YouTube: Падение камня и пера на космической электростанции НАСА

Функциональность электромагнитных помех/совместимости (EMI/EMC)

Разработанная специально как крупногабаритная термовакуумная испытательная камера для квалификационных испытаний транспортных средств и оборудования в условиях космического пространства, в конце 2000-х годов было обнаружено, что уникальная конструкция внутренней алюминиевой вакуумной камеры SPF также делает ее чрезвычайно большой и электрически сложный микроволновый или радиочастотный резонатор с превосходными реверберирующими электромагнитными характеристиками. В 2009 году эти характеристики были измерены Национальным институтом стандартов и технологий и другими. ^[1] после чего этот объект стал не только крупнейшей в мире вакуумной камерой, но и крупнейшим в мире испытательным центром EMI/EMC. В 2011 году Исследовательский центр Гленна успешно провел калибровку алюминиевой вакуумной камеры. ^[2] с использованием методологий IEC 61000-4-21. ^[3] В результате этой деятельности SPF способна проводить испытания на восприимчивость к излучению EMI для транспортных средств и оборудования в соответствии с MIL-STD-461 и достигать пределов MIL-STD-461F выше примерно 80 МГц. Весной 2017 года характеристики и калибровки малой мощности 2009 и 2011 годов оказались верными в серии испытаний на высокую мощность, проведенных в камере для проверки ее возможностей. В настоящее время камера SPF готовится к испытаниям на чувствительность к электромагнитному излучению модуля экипажа корабля « Артемида-1» космического корабля НАСА «Орион» .

Режим ЭМИ мешалки в термовакуумной камере
Установка оборудования ЭМИ в термовакуумной камере

Установка для реверберационных акустических испытаний

Реверберационная акустическая испытательная установка оснащена 36 рупорами с азотным приводом для имитации высоких уровней шума, которые будут возникать во время запуска космического корабля и в условиях сверхзвукового подъема. RATF способен обеспечить общий уровень звукового давления 163 дБ на территории площадью 101 500 кубических футов (2870 м²). ³) камера.

Обтекатель SpaceX Falcon 9 был первым испытательным изделием, в котором использовалась реверберационная акустическая испытательная установка НАСА (RATF).
Установка для реверберационных акустических испытаний
Ларри Оппер перед одним из рупоров частотой 25 Гц в RATF
Виброакустическая диспетчерская НАСА на Космическом энергетическом комплексе

Стенд для испытаний на механическую вибрацию

Установка для испытаний на механическую вибрацию (MVF) представляет собой трехосную вибрационную систему. Он будет применять вибрацию в каждой из трех ортогональных осей (не одновременно) с одним направлением, параллельным оси тяги Земного запуска (X) с частотой 5–150 Гц, 0–1,25 г-пик по вертикали и 5–150 Гц. -1,0 г-пк для горизонтальных осей. Вертикальное встряхивание, или тряска по оси тяги, осуществляется с помощью 16 вертикальных приводов производства корпорации TEAM , каждый из которых способен выдерживать усилие 30 000 фунтов силы (130 кН). 16 вертикальных приводов позволяют проводить испытания изделий массой до 75 000 фунтов (34 000 кг) при ранее указанных пределах частоты и амплитуды.Горизонтальное встряхивание осуществляется за счет использования 4 горизонтальных приводов корпорации TEAM. Горизонтальные приводы используются во время вертикальных испытаний для противодействия поперечным силам и опрокидывающим моментам.

Механическая вибрационная установка с установленным столом
Установка контрольного акселерометра
Один из 16 вертикальных приводов и сферических соединительных узлов для MVF космического энергетического комплекса.
Вертикальный привод
Горизонтальный привод TEAM для вибромеханической установки

Виброакустическая конструкция космического энергетического комплекса НАСА

Модальный испытательный стенд

В дополнение к синусоидальному столу доступен модальный пол с фиксированным основанием, достаточный для испытательного образца диаметром 20 футов (6,1 м). Стационарная испытательная установка для модальных испытаний представляет собой стальной пол толщиной 6 дюймов (150 мм) на бетонном основании толщиной 19 футов (5,8 м), который прикреплен к земле с помощью анкеров, растянутых на глубину 50 футов (15 м).

При строительстве стенда для модальных испытаний с фиксированным основанием и стенда для испытаний на механическую вибрацию было использовано более 21 000 000 фунтов (9 500 т) каменных анкеров и 6 000 000 фунтов (2700 т) бетона.

Стенд для модальных испытаний представляет собой стальную пластину толщиной 6 дюймов (150 мм) поверх бетона толщиной 19 футов (5,8 м), которая затем привязывается к сланцу с помощью натянутых скальных анкеров длиной 50 футов (15 м).
Таблица стенда механической вибрации – модальное испытание (бесплатно-бесплатно)
Статья об испытаниях на вибрацию — модальное испытание

Зона сборки

Планировка объекта SPF идеально подходит для выполнения нескольких программ тестирования. На объекте есть два больших высоких отсека, примыкающих к обеим сторонам вакуумной камеры. Преимущество наличия обеих областей заключается в том, что это позволяет одновременно готовить два сложных теста. Одно испытание может быть подготовлено в высоком отсеке, в то время как другое испытание проводится в вакуумной камере. Большие двери камеры обеспечивают доступ в испытательную камеру из любого высокого отсека.

Виброакустическая конструкция космического энергетического комплекса НАСА

Ссылки

Внешние ссылки

[1] NIST TN-1558 - Электромагнитная оценка космической энергетической установки НАСА на станции Плам-Брук, проведенная Кепке, Галеном Х.; Ледбери, Джон; Камелл, Деннис; Кодер, Джейсон; Хаммершмидт, Крисс; Дирин, Рэндалл; Геррьери, Джефф.

[2] NASA TM—2014-218363 - Отчет о калибровке реверберационной камеры космической электростанции

[3] IEC 61000-4-21: 2011. Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 4-21. Методы испытаний и измерений. Методы испытаний в реверберационной камере.

[1]

[2]

[3]