Space Power Facility ( SPF ) es una instalación de la NASA que se utiliza para probar el hardware de los vuelos espaciales en condiciones simuladas de lanzamiento y vuelo espacial. El SPF es parte de la estación Plum Brook de la NASA, que a su vez es parte del Centro de Investigación Glenn . La estación Plum Brook y el SPF se encuentran cerca de Sandusky, Ohio ( municipio de Oxford, condado de Erie, Ohio ).
El SPF puede simular el entorno de lanzamiento de una nave espacial, así como los entornos en el espacio. La NASA ha desarrollado estas capacidades bajo un mismo techo para optimizar las pruebas del hardware de los vuelos espaciales y minimizar los problemas de transporte. Space Power Facility se ha convertido en una "ventanilla única" para calificar el hardware de vuelo para vuelos espaciales tripulados. Esta instalación proporciona la capacidad de realizar las siguientes pruebas ambientales:
- Prueba de vacío térmico
- Ensayo acústico de reverberación
- Ensayo de vibraciones mecánicas
- Prueba modal
- Pruebas de compatibilidad e interferencias electromagnéticas
Cámara de prueba de vacío térmico
La Space Power Facility ( SPF ) es una cámara de vacío construida por la NASA en 1969. Tiene 122 pies (37 m) de altura y 100 pies (30 m) de diámetro, y encierra un espacio en forma de bala . Es la cámara de vacío térmica más grande del mundo. Originalmente se encargó para estudios de energía nuclear-eléctrica en condiciones de vacío, pero luego fue desmantelado. Recientemente, se volvió a poner en servicio para su uso en la prueba de sistemas de propulsión de naves espaciales . Los usos recientes incluyen probar los sistemas de aterrizaje de bolsas de aire para el Mars Pathfinder y los Mars Exploration Rovers , Spirit y Opportunity, en condiciones atmosféricas simuladas de Marte.
La instalación fue diseñada y construida para probar hardware espacial nuclear y no nuclear en un entorno simulado de órbita terrestre baja. Aunque la instalación fue diseñada para probar hardware nuclear, solo se han realizado pruebas no nucleares a lo largo de su historia. Algunos de los programas de prueba que se han realizado en la instalación incluyen experimentos de alta energía, pruebas de separación del carenado de cohetes, pruebas del sistema Mars Lander, pruebas desplegables de Solar Sail y pruebas de hardware de la Estación Espacial Internacional. El SPF está ubicado en el Centro de Investigación Glenn de la NASA en el sitio de Plum Brook.
La instalación puede soportar un alto vacío (10 −6 torr , 130 μPa); Simule la radiación solar a través de una matriz de lámparas de calor de cuarzo de 4 MW, el espectro solar mediante una lámpara de arco de 400 kW y ambientes fríos (-320 ° F (-195.6 ° C)) con una cubierta fría criogénica de geometría variable.
La instalación está disponible con un costo total reembolsable para el gobierno, las universidades y el sector privado.
En la primavera de 2013, SpaceX realizó una prueba de separación del carenado en la cámara de vacío. [1]
Cámara de prueba de aluminio
La cámara de prueba de aluminio es un recipiente de placa de aluminio hermético al vacío que tiene 100 pies (30 m) de diámetro y 122 pies (37 m) de altura. Diseñada para una presión externa de 2.5 psi (17 kPa) y una presión interna de 5 psi (34 kPa), la cámara está construida de aluminio Tipo 5083 que es un revestimiento en la superficie interior con un espesor de 1 ⁄ 8 in (3.2 mm). Aluminio tipo 3003 para resistencia a la corrosión. Este material fue seleccionado debido a su sección transversal de baja absorción de neutrones. La placa del piso y el armazón vertical tienen 1 pulgada (25 mm) (total) de espesor, mientras que el armazón del domo es 1+3 ⁄ 8 pulgadas (35 mm). Soldados circunferencialmente a la superficie exterior hay miembros de sección en T estructurales de aluminio que tienen 3 pies (0,9 m) de profundidad y 2 pies (0,6 m) de ancho. Las puertas de la cámara de prueba tienen un tamaño de 50 por 50 pies (15 por 15 m) y tienen sellos de puerta doble para evitar fugas. El piso de la cámara fue diseñado para una carga de 300 toneladas.
Recinto de cámara de hormigón
El cerramiento de la cámara de hormigón no solo sirve como escudo radiológico, sino también como barrera de vacío primaria frente a la presión atmosférica. 130 pies (40 m) de diámetro y 150 pies (46 m) de altura, la cámara fue diseñada para soportar la presión atmosférica fuera de la cámara al mismo tiempo que ocurren condiciones de vacío en su interior. El espesor del concreto varía de 6 a 8 pies (1.8 a 2.4 m) y contiene una barrera de contención de acero a prueba de fugas incrustada en su interior. Las puertas de la cámara son de 50 por 50 pies (15 por 15 m) y tienen sellos inflables. El espacio entre el recinto de hormigón y la cámara de prueba de aluminio se bombea a una presión de 20 torrs (2,7 kPa) durante una prueba.
El interior de la Space Power Facility.
Brian Cox, del Human Universe de la BBC, filmó un episodio de caída de rocas y plumas en Space Power Facility. A continuación se muestra un clip de YouTube: Rock and Feather Drop at Space Power Facility de la NASA
Funcionalidad de compatibilidad / interferencia electromagnética (EMI / EMC)
Diseñado específicamente como una cámara de prueba de vacío térmico a gran escala para pruebas de calificación de vehículos y equipos en condiciones del espacio exterior, se descubrió a fines de la década de 2000 que la construcción única de la cámara de vacío de aluminio interior SPF también la convierte en una cámara de vacío de aluminio interior extremadamente grande y Cavidad de RF eléctricamente compleja con excelentes características de RF reverberante. En 2009, el NIST y otros [2] midieron estas características, después de lo cual se entendió que la instalación no solo era la cámara de vacío más grande del mundo, sino también la instalación de pruebas EMI / EMC más grande del mundo. En 2011, NASA GRC realizó con éxito una calibración de la cámara de vacío de aluminio [3] utilizando metodologías IEC 61000-4-21. [4] Como resultado de estas actividades, el SPF es capaz de realizar pruebas de EMI de susceptibilidad radiada para vehículos y equipos según MIL-STD-461 y puede alcanzar los límites MIL-STD-461F por encima de aproximadamente 80 MHz. En la primavera de 2017, las caracterizaciones y calibraciones de baja potencia de 2009 y 2011 demostraron ser correctas en una serie de pruebas de alta potencia realizadas en la cámara para validar sus capacidades. La cámara SPF se está preparando actualmente para las pruebas de susceptibilidad radiada EMI del módulo de la tripulación del Artemis 1 de la nave espacial Orion de la NASA .
Instalación de prueba acústica reverberante
La instalación de prueba acústica reverberante tiene 36 bocinas impulsadas por nitrógeno para simular los altos niveles de ruido que se experimentarán durante el lanzamiento de un vehículo espacial y las condiciones de ascenso supersónico. El RATF es capaz de alcanzar un nivel de presión sonora general de 163 dB dentro de una cámara de 101,500 pies cúbicos (2,870 m 3 ).
Instalación de prueba de vibración mecánica
La instalación de prueba de vibración mecánica (MVF) es un sistema de vibración de tres ejes. Aplicará vibración en cada uno de los tres ejes ortogonales (no simultáneamente) con una dirección en paralelo al eje de empuje del lanzamiento de la Tierra (X) a 5–150 Hz, 0-1,25 g-pk vertical y 5–150 Hz 0 -1.0 g-pk para los ejes horizontales. La agitación vertical, o del eje de empuje, se logra mediante el uso de 16 actuadores verticales fabricados por TEAM Corporation, cada uno capaz de 30,000 lbf (130 kN). Los 16 actuadores verticales permiten probar hasta un artículo de 75.000 lb (34.000 kg) en los límites de frecuencia y amplitud establecidos anteriormente. La agitación horizontal se logra mediante el uso de 4 actuadores horizontales de TEAM Corporation. Los actuadores horizontales se utilizan durante las pruebas verticales para contrarrestar las fuerzas del eje transversal y los momentos de vuelco.
Construcción vibroacústica de la instalación de energía espacial de la NASA
Instalación de prueba modal
Además de la mesa sinusoidal, hay disponible un piso modal de base fija suficiente para el artículo de prueba de 20 pies (6,1 m) de diámetro. La Instalación de Prueba Modal de base fija es un piso de acero de 6 pulgadas (150 mm) de espesor sobre una superficie de 19 pies (5,8 m) de hormigón, que se fija a la tierra mediante anclajes de roca tensados de 50 pies (15 m) de profundidad.
Se utilizaron más de 21.000.000 libras (9.500 t) de anclajes de roca y 6.000.000 libras (2.700 t) de hormigón en la construcción de la instalación de prueba modal de base fija y la instalación de prueba de vibración mecánica.
Área de ensamblado
El diseño de la instalación SPF es ideal para realizar múltiples programas de prueba. La instalación tiene dos grandes áreas de bahía alta adyacentes a cada lado de la cámara de vacío. La ventaja de tener ambas áreas disponibles es que permite preparar dos pruebas complejas simultáneamente. Se puede preparar una prueba en una bahía alta mientras se realiza otra en la cámara de vacío. Las grandes puertas de la cámara brindan acceso a la cámara de prueba desde cualquier compartimento alto.
Construcción vibroacústica de la instalación de energía espacial de la NASA
Referencias
- ^ Separación del carenado SpaceX en la cámara de vacío SPF - YouTube.com
- ^ NIST TN-1558 - Una evaluación electromagnética de la instalación de energía espacial de la NASA en la estación Plum Brook por Koepke, Galen H .; Ladbury, John; Camell, Dennis; Codificador, Jason; Hammerschmidt, Chriss; Direeen, Randall; Guerrieri, Jeff.
- ^ NASA TM — 2014-218363 - Informe de calibración de la cámara de reverberación de la instalación de energía espacial
- ^ IEC 61000-4-21: 2011 - Compatibilidad electromagnética (EMC) - Parte 4-21: Técnicas de prueba y medición - Métodos de prueba de cámara de reverberación
enlaces externos
- Cubierta Skylab en Plum Brook Space Power Facility
- Galería de imágenes de la NASA, con el SPF
- Capacidades detalladas de las instalaciones