Kern eines Weltraum-Simulationszentrums ist die Thermal-Vakuum-Kammer (TVC). Hier lassen sich die im Weltraum herrschenden Bedingungen simulieren, indem die beiden wichtigsten Umgebungsparameter Temperatur und Druck nachgebildet werden. In der TVC können also Satelliten oder Satelliten-Subsysteme in einer vollständig kontrollierbaren Umgebung getestet werden.
Kein Start ins All ohne Test
Das Testen eines Satelliten unter realen Bedingungen ist entscheidend für den Erfolg einer Mission. Denn es geht darum, im Vorfeld die beiden häufigsten Risiken zu erkennen und zu vermeiden: das Einfrieren oder Überhitzen von Komponenten. Am gefährlichsten ist die kosmische Strahlung, da im Unterschied zur Erde im Weltraum eine schützende Atmosphäre fehlt. In Erdnähe ist die Sonne die bedeutendste Quelle. Neben elektromagnetischer Strahlung emittiert sie zum Teil hochenergetische ionisierte Teilchen. Beide können Komponenten direkt schädigen.
Im Bereich der Satellitenumlaufbahnen schwankt die Temperatur zwischen etwa +150°C und -190°C während einer Erdumkreisung. Gleichzeitig liegt der Umgebungsdruck unter 10-6 mbar – und damit bei weniger als einem Milliardstel des atmosphärischen Drucks auf der Erdoberfläche. Im TVC stellt man diese extremen Temperatur- und Druckwerte her und bestrahlt die Bauteile mit einer hochfrequenten Radiostrahlung, um ihre Widerstandsfähigkeit zu testen.
Kernkomponenten der Thermal-Vakuum-Kammer
Die drei Hauptbestandteile einer TVC sind der Außenkörper, die thermischen Systeme und das Vakuumsystem.
Der Außenkörper ist ein Edelstahlzylinder. Seine schwierige Aufgabe: Er muss dem Druckunterschied zwischen der Erdatmosphäre und dem simulierten Weltraum standhalten und gleichzeitig höchste Reinheit gewährleisten. Alle Schweißarbeiten und die Oberflächenbearbeitung sind höchst sorgfältig ausgeführt, um Leckraten und Ausgasungen zu minimieren. Dies wiederum ist Voraussetzung, um ein hohes Vakuum zu erzeugen und die Voraussetzungen für Reinraumbedingungen in der TVC zu erreichen.
Thermische Systeme, auch Shroud genannt,heizen den Simulationsraum auf oder kühlen ihn ab. Sie erzeugen wechselnde Temperaturen, meist zwischen -100°C und +100°C. Je nach spezifischer Testanwendung kommen verschiedene thermische Systeme zum Einsatz.
Das Vakuumsystem umfasst eine Reihe von Vor-Vakuumpumpen für die Erzeugung des Grobvakuums (ca. 1ₓ10-2 mbar), Hoch-Vakuumpumpen zur Erzeugung des benötigten Vakuums im Bereich von 1ₓ10-6 mbar bis 1ₓ10-8 mbar sowie Regel- und Isolationsvakuumventile.
Großformatige Schieber der Baureihe 19 von VAT werden bei TVCs in der Regel vor großen kryogenen Vakuumpumpen eingesetzt, um die Pumpe für Service oder regelmäßig benötigte Regenerationszyklen abtrennen zu können. Ihre Größe ist dem großen Vakuumvolumen geschuldet, das in der TVC in möglichst kurzer Zeit erzeugt werden soll. Durch die große Öffnung der Kryo-Pumpen und damit auch der Schieber, werden nach der Grobevkakuierung im Übergang vom Vakuum zum Hochvakuum verbleibende Luftmoleküle schneller eingefangen, verdichtet und aus der TVC abgesaugt.
Zusätzlich können die Großschieber der Baureihe 19 als Absperrungen zwischen Vakuumkammern eingesetzt werden, um eine Unterteilung der TVC zu erlauben.
Durch die verwendete VATLOCK-Technologie sind die Schieber der Baureihe 19 in der geschlossenen Position mechanisch verriegelt. Das verhindert einen Vakuumverlust, z. B. im Falle eines Strom- oder Druckluftausfalls. Die Schieber öffnen und schließen gedämpft und berührungsfrei, womit sich Reibungspunkte und Schließstöße vermeiden lassen. Zum einen wird so die Gefahr einer Freisetzung von Partikeln in der TVC minimiert, zum anderen reduziert das berührungsfreie Öffnen und Schließen der VATLOCK-Technologie den Energieverbrauch, denn weniger Reibung bedeutet weniger Energie.
Zusätzlich sind kleinere Schieber und Eckventile Teil des Vakuumsystems und sorgen für eine sichere Funktion der TVC.
Thomas Bottlang, VAT Sales Manager, fasst die Bedeutung der Ventile prägnant zusammen: „Die eingesetzten Vakuumventile müssen neben ihre Zuverlässigkeit vor allem auch den speziellen Reinraumbedingungen von TVCs gerecht werden, dies ist entscheidend für die TVC-Betreiber.“
Die Baureihe 19 liefert VAT in drei Ausführungen für Grob-, Hoch- und Ultrahochvakuum-Anwendungen, im Standard bis zu einem Durchmesser von 2000 mm. Auf Wunsch aber auch größer.