Raumfahrttests

Schwere Nutzlasten, die für den Betrieb im Weltraum vorgesehen sind – z.B. Satelliten oder Teleskope – müssen vor dem Start intensive Tests durchlaufen. Sowohl Schwingungstests (Umgebung und FLVT) als auch kryogene Tests erfordern anwendungsspezifische Kraft- und Beschleunigungssensoren, die die Anforderungen erfüllen.

Thermische Vakuumkammerprüfung zur mechanischen Charakterisierung

Für die Prüfung in der Vakuumkammer sind Beschleunigungs- und Kraftsensoren erforderlich, die bei extrem niedrigen Temperaturen arbeiten.

Da Hochleistungsteleskope eine Stabilität im Nanometerbereich erfordern, ist die Stabilität der vollständig instrumentierten Backplanes entscheidend. Sie müssen in thermischen Vakuumkammern geprüft werden,die eine einzigartige thermische Stabilität bei Temperaturen von mehr als -250 °C gewährleisten. Die Prüfung in der Vakuumkammer erfordert Beschleunigungssensoren und Kraftsensoren, die bei extrem niedrigen Temperaturen eingesetzt werden können.

Backplanes tragen den Primärspiegel und andere Teleskopoptiken. Diese Elemente können durch die Backplanes modifiziert werden Das Teleskop wird dann in der Kammer isoliert. Einige Prüfumgebungen verfügen über ein neues, geschichtetes Helium- und Stickstoff-Kühlsystem, mit dem die niedrigen Temperaturen erreichen können, um die Betriebstemperaturen im Weltraum zu simulieren. Sie ermöglichen eine kryogene optische Ausrichtung und Prüfung mehrerer Hauptspiegelsegmente in einem Prozess, der als „Phasing“ bezeichnet wird. Für derartige Prüfungen werden Beschleunigungssensoren und Kraftsensoren benötigt, die für extrem niedrige Temperaturen geeignet sind.

Dreiachsige Beschleunigungssensoren in Leichtbauweise

Raumfahrzeugstrukturen bestehen oft aus dünnen, leichten Materialien und erfordern Beschleunigungssensoren mit geringem Gewicht. In einigen Fällen verbleiben Sensoren und Kabel beim Start im Satelliten. Die Gewichtsbelastung wird dadurch noch kritischer.

Geringes Ausgasen

Das hohe Vakuumniveau einer Weltraumumgebung ruft eine Materialausgasung hervor, bei der eingeschlossenes Gas freigesetzt wird. Dieses kann an Oberflächen, wie z. B. an Kameraobjektiven, kondensieren und damit die Funktion dieser Geräte behindern. In manchen Fällen dürfen die hermetisch dichten Sensoren und ausgasungsarmen Verkabelungslösungen von Kistler in thermischen Vakuumkammern eingesetzt werden, oder sie verbleiben beim Start im Satelliten.

Rauscharm

Die Raumnutzlast muss einer Vielzahl von Umgebungsprüfungen standhalten, von Mikrovibrationen, die eine sehr niedrige Sensoransprechschwelle erfordern, bis hin zu hohen g-Werten, die bei der Stichprobenschwingprüfung auftreten. Mit den rauscharmen Lösungen von Kistler kann ein- und derselbe Sensor verwendet werden, um den gesamten Bereich abzudecken.

Vibrationsprüfungen der Weltraumnutzlasten und FLV-Testing (Force Limited Vibration Testing)

Schwingungsprüfungen für Raumfahrtnutzlasten und kraftbegrenzte Schwingungsprüfungen (FLVT)

Wegen der hohen Kosten werden Prüfverfahren für Weltraumnutzlasten, wie beispielsweise die Qualifikationsprüfungen für Satellitenvibrationen, weltweit besonders sorgfältig durchgeführt. Die Nutzlast wird sowohl während der Produktentwicklung zur Optimierung der Struktur als auch während der Fertigung umfangreichen Prüfungen unterzogen, um die Überlebensfähigkeit bei Start, Betrieb und Langzeiteinsatz zu gewährleisten. Um die Umgebungsbedingungen zu simulieren, denen eine Raumnutzlast während des Raketenstarts ausgesetzt ist, werden elektrodynamische Vibrationstische eingesetzt, um realistische dynamische Belastungsprüfungen durchzuführen.

Das FLV-Testing wird eingesetzt, um Überlastungen zu vermeiden, die während der Vibrationsprüfung der Nutzlast eintreten und die teuren Satelliten beschädigen könnten. Dank Messung und Begrenzung der zwischen Nutzlast und Schlupftisch auftretenden Reaktionskräfte wird die Beschleunigung auf die Nutzlastresonanzen reduziert. Im realen Flug wird die Eingangsbeschleunigung auf die Resonanzfrequenzen der Nutzlast begrenzt, da die mechanische Impedanz von Strukturträger und Nutzlast ähnlich ist. Bei Prüfungen mit dem Vibrationstisch sind die Schnittstellenkräfte der Raumnutzlast bei den Nutzlastresonanzen höher, da der Vibrationstisch eine sehr hohe mechanische Impedanz hat und durch die umhüllte Schnittstellenbeschleunigung gesteuert wird.

Hohe Auflösung

Beschleunigungssensoren von Kistler erfassen Hintergrundvibrationen in der Größenordnung von Mikrovibrationen.

Kryogener Einsatz möglich

Ladungsausgangssensoren oder kryogene IEPE-Spannungsmodus-Beschleunigungssensoren von Kistler bieten einen hervorragenden Temperaturbereich von unter den üblichen -54 ºC bis -196 ºC. Sie können damit die durch flüssiges Helium erzeugten Temperaturen in thermischen Vakuumkammern sicher überstehen.

Geringe Ausgasung

Die Exposition gegenüber dem hohen Vakuumniveau einer Weltraumumgebung führt zu einer Materialausgasung, bei der eingeschlossenes Gas freigesetzt wird. Das freigesetzte Gas kann an Oberflächen, wie z. B. an Kameraobjektiven, kondensieren und damit die vorgesehene Anwendung der Geräte verhindern. Hermetisch dichte Sensoren und ausgasungsarme Kabel von Kistler sind so konzipiert, dass sie alle Anforderungen optimal erfüllen.

Hohe Temperaturstabilität

Unsere PiezoStar-basierten IEPE-Spannungsmodus-Beschleunigungssensoren sind die idealen Sensoren für präzise Vibrationsprüfungen, da sie bei Temperaturschwankungen eine sehr geringe Geräteempfindlichkeit aufweisen.