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. La SPF es parte de la Instalación de Pruebas Neil A. Armstrong de la NASA, que a su vez es parte del Centro de Investigación Glenn . La Instalación de Pruebas Neil A. Armstrong y la SPF están ubicadas 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 de 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 ofrece la capacidad de realizar las siguientes pruebas ambientales:
La Space Power Facility ( SPF ) es una cámara de vacío construida por la NASA en 1969. Tiene 37 m (122 pies) de alto y 30 m (100 pies) de diámetro, y encierra un espacio con forma de bala . Es la cámara de vacío térmico más grande del mundo. En un principio se puso en servicio para estudios de energía nuclear-eléctrica en condiciones de vacío, pero luego se desmanteló. Posteriormente se volvió a poner en servicio para su uso en pruebas de sistemas de propulsión de naves espaciales . Entre sus usos recientes se incluyen las pruebas de los sistemas de aterrizaje con 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 baja terrestre. 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 de carenados de cohetes, pruebas del sistema Mars Lander , pruebas de velas solares desplegables y pruebas de hardware de la Estación Espacial Internacional . La instalación puede soportar un alto vacío (10 −6 torr , 130 μPa); simular la radiación solar a través de un conjunto de lámparas de calor de cuarzo de 4 MW, el espectro solar mediante una lámpara de arco de 400 kW y entornos 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.
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 alto. 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 está revestido en la superficie interior con un aluminio tipo 3003 de 1 ⁄ 8 in (3,2 mm) de espesor para resistencia a la corrosión. Este material fue seleccionado debido a su baja sección transversal de absorción de neutrones . La placa del piso y la carcasa vertical tienen 1 pulgada (25 mm) de espesor (total), mientras que la carcasa del domo tiene 1 pulgada (2,5 mm) de espesor.+3 ⁄ 8 in (35 mm). Soldados circunferencialmente a la superficie exterior hay elementos estructurales de aluminio en forma de T de 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 dobles para evitar fugas. El piso de la cámara fue diseñado para una carga de 300 toneladas.
El recinto de hormigón de la cámara no sólo sirve como escudo radiológico, sino también como barrera primaria de vacío contra la presión atmosférica. Con 40 m de diámetro y 46 m de altura, la cámara fue diseñada para soportar la presión atmosférica en el exterior de la cámara al mismo tiempo que se producen condiciones de vacío en el interior. El espesor del hormigón varía de 1,8 a 2,4 m y contiene una barrera de contención de acero hermética incrustada en su interior. Las puertas de la cámara tienen un tamaño de 15 por 15 m y tienen sellos inflables. El espacio entre el recinto de hormigón y la cámara de prueba de aluminio se bombea hasta una presión de 20 torrs (2,7 kPa) durante una prueba.
Brian Cox, del programa Human Universe de la BBC, filmó un episodio en el que se deja caer una piedra y una pluma en la instalación de energía espacial. A continuación, se incluye un clip de YouTube: Caída de piedra y pluma en la instalación de energía espacial de la NASA
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 del SPF también la convierte en una cavidad de microondas o radiofrecuencia extremadamente grande y eléctricamente compleja con excelentes características electromagnéticas reverberantes. En 2009, estas características fueron medidas por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y otros [1] 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 prueba EMI/EMC más grande del mundo. En 2011, el Centro de Investigación Glenn realizó con éxito una calibración de la cámara de vacío de aluminio [2] utilizando metodologías IEC 61000-4-21. [3] Como resultado de estas actividades, el SPF es capaz de realizar pruebas 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. Actualmente, la cámara SPF se está preparando para las pruebas de susceptibilidad a la radiación EMI del módulo de tripulación de la nave espacial Artemis 1 de la NASA Orion .
La instalación de pruebas acústicas reverberantes cuenta con 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 ).
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 paralela al eje de empuje de lanzamiento a 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 vibración vertical, o del eje de empuje, se logra utilizando 16 actuadores verticales fabricados por TEAM Corporation, cada uno con capacidad de 30.000 lbf (130 kN). Los 16 actuadores verticales permiten probar un artículo de hasta 75.000 lb (34.000 kg) a los límites de frecuencia y amplitud establecidos anteriormente. La vibración 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
Además de la mesa de vibración sinusoidal, se encuentra 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 19 pies (5,8 m) de concreto, 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 de libras (9.500 t) de anclajes de roca y 6.000.000 de 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.
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La disposición de las instalaciones SPF es ideal para realizar varios programas de prueba. Las instalaciones cuentan con dos grandes áreas elevadas 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 de las áreas elevadas mientras se realiza otra prueba en la cámara de vacío. Las grandes puertas de la cámara brindan acceso a la cámara de prueba desde cualquiera de las áreas elevadas.
Construcción vibroacústica de la instalación de energía espacial de la NASA
