Das neue automatisierte Transferfahrzeug der ESA, Jules Verne, hat kürzlich 21 Tage in einer Kammer verbracht, die Kälte, Strahlung und Vakuum des Weltraums simuliert. Das 20-Tonnen-Raumschiff wird schließlich im Sommer 2007 an der Spitze einer Ariane-5-Rakete befestigt und zur Internationalen Raumstation geflogen. Eine ganze Flotte dieser Raumschiffe wird schließlich gebaut, um Ersatzfracht zur Station zu transportieren und dann als Einweg-Mülleimer zu dienen, die in der Erdatmosphäre verbrennen.
Jules Verne, das erste automatisierte Transferfahrzeug (ATV), hat 21 Tage hintereinander nicht nur die strengsten Bedingungen der Weltraumumgebung überstanden, sondern auch seine Flugsoftware und -hardware unter den härtesten simulierten Bedingungen erfolgreich vor Ort getestet von Raumvakuum, Gefriertemperaturen und brennender Sonnenstrahlung.
Jules Verne ATV, das komplexeste Raumschiff, das jemals in Europa entwickelt wurde, soll im Sommer 2007 seinen ersten Flug auf einer Ariane 5 durchführen, um die Internationale Raumstation wieder zu versorgen. Es hat gerade seine umfassendste Testkampagne in den ESA-Testeinrichtungen bei ESTEC in Noordwijk, Niederlande, abgeschlossen.
„Die am 22. November gestartete Testkampagne mit verschiedenen Zyklen von kalten und heißen Phasen wurde planmäßig durchgeführt, und das‚ Verhalten 'dieses komplexen Raumschiffs entsprach im Allgemeinen dem erwarteten Verhalten bei der Reaktion auf Kälte und Hitze Umwelt “, sagte Bachisio Dore, der ESA ATV-Manager für Assembly Integration & Verification (AIV). "Der erfolgreiche Abschluss dieser Testkampagne ist ein wichtiger Meilenstein für das ATV-Programm."
Thermische Herausforderung
Der schwierigste Aspekt des Tests war für Jules Verne ATV, seine Temperaturen innerhalb strenger Grenzen zu halten, die mit all den Tausenden von Hardwareteilen kompatibel sind, aus denen seine hoch entwickelten Subsysteme bestehen. Spezielle Software und neue Technologien ermöglichen es ATV, die Temperaturen auf dem Raumschiff auszugleichen und es in der eiskalten Dunkelheit, der brennenden Sonnenstrahlung und im Vakuum der Orbitalumgebung reibungslos fliegen zu lassen.
„Es ist, als würde man seinen Computer-Laptop in den Gefrierschrank stellen und ihn dann in der Sommerhitze der Sonne aussetzen und wieder dem Gefrierschrank aussetzen, während man ihn ständig benutzt“, erklärte einer der 35 Astrium- und Subunternehmer-Ingenieure, die das Raumschiff überwachen sieben Tage die Woche rund um die Uhr.
Jules Verne ist kein Laptop - es ist ein 20-Tonnen-Raumschiff von der Größe eines Doppeldeckerbusses mit Dutzenden leistungsstarker Computer und einer großen Menge Elektronik. Mit seiner Software von einer Million Codezeilen ist es das größte und aufwändigste, das jemals in Europa entwickelt wurde.
Die 625 eingebauten Wärmesensoren und weitere 250 zusätzliche Sensoren, die speziell für den Test in und um Jules Verne hinzugefügt wurden, haben sorgfältig überwacht, dass die Temperaturen rund um die Uhr innerhalb ihrer akzeptablen Grenzen bleiben.
Gleichzeitig wurden in der riesigen 2 300 m³ großen Raumsimulatorkammer (LSS) Umgebungsbedingungen und Wärmezyklen im Orbit reproduziert. Ein typisches Vakuumniveau von einem Millionstel Millibar wurde erreicht, die Außenkammertemperatur wurde gemäß dem Testzyklus auf minus 30 ° C oder minus 80 ° C gesenkt; und für kurze Zeit wurde der Sonnensimulator aktiviert, der einen horizontalen Sonnenstrahl mit einem Durchmesser von 6 Metern bereitstellte, um einen starken Fluss von 1400 Watt pro Quadratmeter auf die blendend weiße Schicht zu strahlen, die Jules Verne schützt.
Hochmoderne Heatpipes
Das ATV besteht aus zwei Hauptmodulen mit eigenen Temperaturanforderungen. Der unter Druck stehende integrierte Frachtführer mit seinem 48 m³ großen Abteil für den Transport der gesamten Nachschubfracht zur Station (mit einer maximalen Masse von 7 667 kg). Dieses Modul, das an die ISS andockt, muss zwischen dem Start und dem Andocken und während der angeschlossenen Phase mit der ISS zwischen 20 ° C und 30 ° C bleiben, insbesondere wenn das Betanken des Treibmittels zur Station übertragen wird.
Das drucklose Avionik- / Antriebsmodul, das Raketentriebwerke, elektrische Energie, Elektronik, Computer, Kommunikation und Avionik umfasst, muss zwischen 0 ° C und 40 ° C bleiben.
Die Avionikbucht, die das Gehirn des ATV ist, erzeugt ihre eigene Wärme aus der großen Anzahl elektronischer Geräte und verwaltet gleichzeitig ein sehr ausgeklügeltes System zur Kontrolle der Überhitzung. „Dank 40 hochmodernen Wärmerohren mit variabler Leitfähigkeit in der Avionikbucht kann das ATV die Wärme ableiten und die Energie direkt in den Weltraum abgeben oder auf andere Weise andere Teile sehr wirtschaftlich erwärmen Mode. Mit dieser neuen Technologie können wir 50% mehr Energie für das gesamte Raumschiff sparen und trotzdem die richtige Umgebungstemperatur aufrechterhalten “, erklärt Patrick Oger, ein Thermiumingenieur von Astrium.
Ein weiteres Ziel des Tests war die Überwachung der Ausgasung des ATV, die durch einige Materialien des Raumschiffs verursacht wird, die unter Vakuumbedingungen einige interne Gase freisetzen, die normalerweise in ihnen eingeschlossen sind. ATV-Gasproben wurden während der Tests in der Vakuumkammer gesammelt und werden später analysiert. Die Luft- und Raumfahrtingenieure möchten sicherstellen, dass ATV-Gase die kritischen Mechanismen des Raumfahrzeugs, wie sie die Sonnenkollektoren in Richtung Sonne drehen, nicht kontaminieren. Ihre Rotation bei verschiedenen Temperaturen verlief einwandfrei, obwohl die vier Solarmodule für den Test nicht am ATV montiert waren.
Eintausend Testsequenzen
Das Hauptziel des Tests war es zu überprüfen, ob unter der thermischen Vakuumumgebung alle Hardwareelemente ordnungsgemäß zusammenarbeiten. Um dieses Ziel für ein komplexes Raumfahrzeug wie ATV zu erreichen, waren die Entwicklung, Abstimmung und Validierung von etwa tausend Testverfahren und automatisierten Testsequenzen durch Astrium-Ingenieure erforderlich.
Während des Tests aktivierten die ATV-Ingenieure beispielsweise auch einige der beweglichen Teile des Raumschiffs. Sobald der Befehl zum Ausfahren oder Einfahren der Sonde des Docking-Systems erteilt wurde, konnten sie sehen, wie sie sich langsam bewegte, während sie durch die kleinen LSS-Fenster nahe der Oberseite des Raumschiffs schauten.
In den letzten Testtagen wurden mehrere simulierte Zündungen der 32 Triebwerke mit Heliumgas durchgeführt, um die ordnungsgemäße Wechselwirkung zwischen den Antriebssystemen Antrieb und Avionik zu überprüfen. Zusätzlich wurde die gesamte Hardware, die ATV zur Durchführung von Notfallmanövern zur Vermeidung einer Kollision mit der ISS benötigt, während der thermischen Tests getestet, indem die Leistung von vier solchen Manövern simuliert wurde.
„Dank dieser umfangreichen Tests war es möglich, das gesamte ATV zu validieren, dh die gesamte Hardware, während es auf die rauen Umlaufbedingungen reagierte. Gleichzeitig konnten wir die vollständige Leistung der für die Strom- und Wärmekontrolle erforderlichen Hardware und Software unter räumlichen Bedingungen überprüfen “, sagt Marc Chevalier, Astrium ATV-Manager des Assembly Integration Test (AIT). "Dieser erfolgreiche Test wird uns auch einige geringfügige Verbesserungen bei den Softwareprozeduren zeigen, deren Implementierung gut wäre."
In den kommenden Wochen werden etwa 50 Gigabyte Testdaten, die während der 270 Stunden Funktionstests gespeichert wurden, die während des thermischen Tests durchgeführt wurden und die archiviert wurden, sorgfältig analysiert, um sicherzustellen, dass alle geringfügigen Anomalien oder Fehler vollständig verstanden werden.
Originalquelle: ESA-Pressemitteilung
