Un ensayo térmico de vacío existe porque la transferencia de calor que gobierna un producto en tierra desaparece en órbita. A una atmósfera, el calor se desplaza por convección y conducción. En el casi-vacío del espacio casi no hay convección, por lo que la vía dominante es la radiación. El mismo punto de consigna produce una temperatura superficial distinta, un gradiente distinto y una respuesta más lenta. Para reproducir en tierra el entorno térmico espacial, el vacío y la temperatura tienen que controlarse conjuntamente.
El vacío y la temperatura están acoplados
Una cámara térmica de vacío controla la presión y la temperatura al mismo tiempo y añade un shroud. El shroud es una superficie interior con recubrimiento negro y fuertemente enfriada que representa el sumidero frío del espacio: absorbe la radiación del hardware tal como lo hace el entorno. El nivel de vacío determina la conducción por gas residual y el riesgo de descarga eléctrica; la temperatura del shroud determina el límite radiativo. Ambos se especifican como uno solo porque el resultado del ensayo depende de los dos.
No es lo mismo que una cámara de altitud
Una cámara de altitud reproduce la presión del vuelo atmosférico — desde la presión normal hasta el orden de 500 Pa — y se utiliza para diferencial de presión, sellado y corona. Una cámara térmica de vacío llega a un vacío superior y lleva el shroud frío, y se utiliza para la verificación del balance térmico y del ciclado térmico de naves espaciales, cargas útiles y subsistemas. Antes de seleccionar una máquina, determine si el requisito es “altitud” o “entorno térmico espacial”; los dos necesitan cámaras diferentes.
Qué normas definen el requisito
- NASA GEVS, GSFC-STD-7000B, Sección 2.6.3, Thermal Vacuum Verification — establece los requisitos de verificación, los parámetros de ensayo, la simulación del entorno y los requisitos de aceptación. GEVS no es una especificación única y universal de cámara TVAC; las condiciones aplicables se derivan del entorno de la misión, la configuración del hardware, el análisis térmico y el objetivo de verificación.
- ECSS-E-ST-10-03C Rev.1, Testing — la norma europea de ingeniería espacial para la verificación mediante ensayos de elementos y equipos del segmento espacial en tierra, que abarca cualificación, aceptación y ensayos térmicos de vacío.
- Especificaciones de programa y de cliente, que fijan los niveles específicos de la misión.
Por qué importa la temperatura del shroud
En vacío, la muestra solo puede perder calor por radiación hacia lo que puede ver. Si el shroud está caliente, el sumidero radiativo está caliente y el calor propio del hardware no puede salir, por lo que el ensayo lo somete a un esfuerzo insuficiente. Por eso el shroud se especifica frío — lo bastante frío para representar el sumidero del espacio — y por eso la temperatura del shroud, y no solo la temperatura del aire de la cámara, es un parámetro controlado.
Qué fijar al especificar una cámara térmica de vacío
Recorra la misma lista cada vez: temperatura del shroud y forma del shroud; nivel de vacío objetivo; rango de temperatura y método de control; disipación de calor de la muestra y su camino térmico hacia el shroud; duración del ensayo; y el propósito del ensayo — balance térmico, ciclado térmico, cualificación o aceptación. Como la especificación se deriva de la misión, se redacta con el ingeniero responsable del modelo térmico y no a partir de un catálogo. Contáctenos para trabajar las condiciones de una misión concreta.