Enceintes de Simulation Spatiale

Enceintes de Simulation Spatiale Centre d Essais d Environnement 30/09/2010 G. COSTE

Moyens d Essais Vide Thermique Page 2 SOMMAIRE 1. Présentation Secteur A.I.T. (Assemblage Intégration & Tests) 2. Présentation Département Centre d Essais Cannes 3. Essai Vide Thermique et Optique, objectif et moyens 4. Moyens d Essai Vide Thermique Cannois

Présentation A.I.T. Page 3 1.Présentation Secteur A.I.T. (Assemblage Intégration & Tests)

Présentation A.I.T. Four AIT Sites with their own speciality in Europe : Cannes Large/Medium satellites LEO satellites (single AIT & production) Optical & Scientific payloads Space system test facilities centre Rome LEO satellites (single AIT & constellation) RF & Radar payloads Space system test facilities centre Turin Large/Medium satellites Transportation infrastructures and exploration systems Scientific payloads Toulouse RF & Radar payloads 87 TAS + 27 external 1500 m2 clean room ISO7 Toulouse 700 people skilled for AIT Cannes Torino 328 TAS + 115 external 7700 m2 clean room ISO7 500 m2 clean room ISO5 2 OTV Chambers 9 TV Chambers 2 Acoustic Chamber 2 Shakers 1 CATR Roma Page 4 71 TAS + 33 external 3000 m2 clean room ISO7 110 TAS + 45 external 4000 m2 clean room ISO7 1 TV Chamber 1 Climatic Chamber 2 Shakers

Présentation A.I.T. Page 5

Présentation A.I.T. Page 6

Présentation A.I.T. Page 7 MISSION Assemblage, Intégration et Test au niveau Satellite & validation fonctionnelle du système Livraison au Sol du Satellite avec l ensemble des résultats de test garantissant les performances attendues Campagne de lancement - Préparation du S/C avant le décollage

Présentation A.I.T. Page 8 DOMAINE D ACTIVITED AIT SATELLITE GEO-LEO/AIT Platform (Service Module) TELECOM (ST1, T3A, CH9, GB2, ) SCIENTIFIC (MSG, CALIPSO, JASON2, COROT, SMOS, HERSHEL/PLANCK, ) AIT RF PAYLOAD (Mainly in Toulouse) TELECOM PAYLOAD (W3B,.. RADAR Altimetry : POSEIDON1/2/3, ALTIKA,.. AIT OPTICAL PAYLOAD & Other observation instruments HELIOS, MERIS, IASI, COROTEL GOCE instrument,..

Présentation Essais Environnement Page 9 Présentation Essais Environnement

Présentation Essais Environnement Page 10 3 familles d essai: Essai mécanique Essai RF Essai vide thermique 15 personnes 10 personnes 25 personnes

Présentation Essais Environnement Page 11 Essais Mécaniques (1/2) Essai Vibration Acoustique Essai Vibration Mécanique Simulation «Agressions» subies par le S/C lors du lancement Essai Choc

Présentation Essais Environnement Page 12 Essais Mécaniques (2/2) Mesure des Paramètres Physiques Equilibrage Test de Rotation

Présentation Essais Environnement Page 13 Chambre Acoustique Dimensions AC 1000 10 x 8 x 12,6 m L x l x H Volume 1000 m 3 Power 160 db 1000 m3 chamber main performances Specifications Results Gas Pressure Flow Temperature > 8 kg/s 0,7 < P < 2,7 bars ± 35 mbar 20 C ± 2 > 8,9 kg/s 0,5 < P < 3,0 bars ± 15 mbar 20 C ± 1 Noise Power homogeneity : Spatial Global Spectral Spectral Without 31,5 Hz 156 db (158 db) ± 3 db ± 1 db ± 1 db ± 1,5 db 160 db ± 1,5 db ± 0,5 db ± 0,5 db ± 1 db

Présentation Essais Environnement Page 14 1000 M 3 CHAMBRE ACOUSTIQUE SYSTEME GENERATION DU BRUIT Automatic control system Digital signal processing unit 19 flat screen monitor CD writer Color printer Four way cross-over Control room Two channel preamplifier # 1 Two channel preamplifier # 2 Power amplifier # 1 Power amplifier # 2 Power amplifier # 3 Power amplifier # 4 N2 GN2 GN2 GN2 W AS 3000 # 1 W AS 3000 # 2 W AS 3000 # 3 Spare line Horn room 25 Hz horn 50 Hz horn 160 Hz horn 8 microphones chamber Microphones power supply and signal conditioning in control room

Présentation Essais Environnement Page 15 VIBREUR - LDS V994 Shaker control and Data handling system : LMS system to pilot the shaker : capability of 64 channels to control the test (notching) 250 à 600 Channels (accelerometers and gauges) installed on satellite Data physic : data handling system with a capability of 430 channels upgrade to 512 channels for 2008. V994 LDS Max Force Max acceleration Sweep speed Max displacement 289 KN 100 g 1,78 m/s ± 25,4 mm 4 à 12 Channels placed at the satellite interface to control the test

Présentation Essais Environnement Page 16 VIBREUR - LDS V994 Architecture générale Vibreur Table glissante: 2.5m x 2.5m Coussin d Air Massif Sismique : 170t

Présentation Essais Environnement Page 17 VIBREUR - LDS V994 Configuration Verticale

Présentation Essais Environnement Page 18 VIBREUR - LDS V994 Configuration Horizontale

Présentation Essais Environnement Page 19 Mesure des Paramètres Physique Machine à 3 degrés de liberté : translation, inclination α and θ rotation Swing table : Schenk M7S

Présentation Essais Environnement Page 20 COMPACT ANTENNA TEST RANGE : Les performances radio-électriques du S/C sont vérifiées comme s il était à 36 000km

Présentation Essais Environnement Exemples de configuration de mesure en CATR Page 21 Sub-system tests (reference) Satellite tests

Présentation Essais Environnement Page 22 MSG

Présentation Essais Environnement Page 23 Thaïcom 3 antennas test

Essai Vide Thermique/Optique Page 24 3. Essai Vide Thermique Les objectifs Les enjeux et les risques Les moyens d essai VT Cannois

Page 25 3. Essai Vide Thermique Les objectifs Les enjeux et les risques Les moyens d essai VT Cannois

Essais Vide Thermique Objectif d un d essai vide thermique sur un S/C Page 26 Recréer les conditions que le satellite rencontrera dans l espace : Le Vide: Pression < 1.10-5 mbar Un Environnement Froid Un Environnement Chaud T < 100K Flux solaire et Albedo IR Terrestre

Essais Vide Thermique Le Vide NOS PRINCIPAUX TYPES DE POMPAGE: Pompage primaire: Pompes à palettes de 4 à 630 m 3 /h Pompes roots de 200 à 4000 m 3 /h + Quelques pompes Scroll / à membrane Page 27 Pompage secondaire : Pompes turbomoléculaires : de 100 à 2800 l/s permet le pompage des molécules de gaz léger type Hélium test d étanchéité Transition vers pompage cryogénique Pompes Cryo. Dynamique: de 5000 à 50 000 l/s Tête froide entre 10 et 20K + baffle LN2 Pompe Cryo. Statique à LHe: 100 000 l/s réservoir de LHe (4K), entouré d une garde LN2 Pas besoin d énergie électrique (remplissage manuel en LHe) Pompes ioniques sur moyen labo spécifique

Essais Vide Thermique Page 28 SEUILS DE DEMARRAGE TYPE DE NOS POMPES / GAMME D UTILISATION 1013 100 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 mbars Cryopannel LN2 Pompe primaire: 1013 mbars à 10-3 2 mbars, avec démarrage des roots à 100 mbars Pompe turbo-moléculaire: 5. 10-3 mbars à 10-7 mbars Pompe cryo: 5. 10-4 mbars à 10-8 mbars temps

Essais Vide Thermique L Environnement Froid Page 29 Double peaux en INOX Remplies et régulées en LN2 Faces Internes peintes en noir Emissivité Thermique ε > 0.85 Faces Externes Electro-polies Emissivité Thermique ε < 0.2 VUE DE DESSUS PORTE VUE DE FACE

Essais Vide Thermique L Environnement Chaud Page 30 Réseau Lampes IR Réseau Calorif Rods (Calrod)

Essais Vide Thermique Page 31

Moyens d Essais Vide Thermique Page 32 Essai Sous-Système Cyclage Thermique d un Réflecteur

Page 33 Essai Sous-Système Cyclage Thermique d une Antenne

Essais Vide Thermique Page 34 Objectif d un d essai vide thermique sur un S/C 2/3 Balance thermique : Vérification du modèle thermique dans conditions proches de l équilibre thermique vol (soleil, flux terrestre, Albedo) Cyclage thermique : Vérification du comportement des matériels en limite de spécifications de température (Hot Case, Cold Case, et Very Cold Case)

Essais Vide Thermique Séquence d un d essai vide thermique sur un S/C 3/3 Page 35 80 Balance E1 Payload OFF Passive outgassing 70 60 50 Balance E2 Payload ON - Full drive HC1 P/F Reconfiguration HC2 HC3 SVT Shroud draining Pressure recovery Transition to E1 Temperature ( C) 40 Door closure 30 20 Transition to E2 T1 Repeater monitoring T2 Repeater monitoring T3 T4 T5 T6 Door opening 10 0 Pumping Separation + Corona (Monitoring) VCC -10 CC1 CC2 CC3-20 de 3 et 5 semaines sous-vide secondaire!!!

Essais Vide Thermique Page 36 3. Essai Vide Thermique Les objectifs Les enjeux et les risques Les moyens d essai VT Cannois

Essais Vide Thermique Page 37 Les enjeux: Spécimen testé unique et très cher!!! Les principaux risques pdt un essai VT Fuite ou perte du Vide=> «Gel» du spécimen par convection => Effet «Coronna» Pollution ou contamination => endommagement OSR et des senseurs optiques

Essais Vide Thermique Page 38 Risque: Fuite, perte du Vide Panne d une pompe => Traitement des AMDEC Redondance des moyens de pompage Fuite externe => Test d étanchéité des éléments montés sur l enceinte Suivi spectromètre de masse Fuite interne => Tests d étanchéité systématique des circuits - N2 - H2O - Module propulsion S/C fluides interne avant et pdt l essai Utilisation Argon pour pressurisation S/C Suivi spectromètre de masse

Essais Vide Thermique Page 39 Risque: Pollution ou contamination Retro-diffusion d huile des pompes Utilisation Piège Froid Azote Liquide

Essais Vide Thermique Page 40 Risque: Pollution ou contamination Dégazage des matériaux // Contamination moléculaire et particulaire STELLAT : Pollution au Brome OSR Nord Ouest AMC12 TV1 : Pollution PVC sur MLI

Essais Vide Thermique Solutions mises en place : Page 41 Risque: Pollution ou contamination Dégazage des matériaux // Contamination moléculaire et particulaire Travail en ambiance contrôlée: classe 100 000 ou 100 Tenue de travail adaptée Liste de matériaux compatibles TV Dégazage unitaire des éléments de la configuration TV S/C (câbles..) Etuvage de l enceinte Mise en place et analyse de témoin de contamination Utilisation d un panneau de décontamination alimentée en LN2

Essais Vide Thermique Page 42 3. Essai Vide Thermique Les objectifs Les enjeux et les risques Les moyens d essai VT cannois

Essais Vide Thermique Niveau Propreté: Classe 100 000 Enceinte Vide Thermique ESP500 1/6 Page 43 Volume: 550m3 Dimensions utiles: Diamètre: 7,5m Longueur: 8 m Capacité: S/C de 3T avec CDG à 2,5m Pression < 1.10-5 mbar en 8h Porte à dégagement verticale Environnement Froid: < 100K sous 100kW Système de réglage d Horizontalité

Essais Vide Thermique Enceinte Vide Thermique ESP500 2/6 Page 44 Pompage Primaire: 2 chaînes primaires composées de: 1 Pompe à palette 630m3/h 1 Pompe Roots 2000m3/h 1 Pompe Roots 4000m3/h Pompage Secondaire: 2 Pompes Turbomoléculaire 2800 l/s 2 Pompes Cryogénique : 50 000 l/s 1 Pompe Cryogénique à Lhe 100 000 l/s 1 Cryopannel LN2 8 m2

Essais Vide Thermique Enceinte Vide Thermique ESP500 3/6 Page 45

Essais Vide Thermique Enceinte Vide Thermique ESP500 4/6 Page 46

Essais Vide Thermique Enceinte Vide Thermique ESP500 5/6 Page 47

Essais Vide Thermique Enceinte Vide Thermique ESP500 6/6 Page 48

Essais Vide Thermique Page 49 Vidéo configuration essai VT ESP500

Essais Vide Thermique Enceinte Vide Thermique ESP50 et ESP70 1/2 Essais Système et Sous-Système Page 50 Caisson ESPACE 70 JASON Caisson ESPACE 50 GS Proteus

Essais Vide Thermique Enceinte Vide Thermique ESP50 et ESP70 2/2 Page 51 ESP70 ESP50 Niveau Propreté: Classe 100 000 Niveau Propreté: Classe 100 000 Dimensions utiles: Diamètre: Longueur: 3,8 m 4 m Dimensions utiles: Diamètre: Longueur: 2,8 m 5 m Pression < 1.10-5 mbar en 6h Environnement Froid: < 100K sous 30kW Système de réglage d Horizontalité Pression < 1.10-5 mbar en 6h Environnement Froid: < 100K sous 20kW Pompage Primaire: Pompage Secondaire: 2 Pompes Turbomoléculaires 2800 l/s 2 chaînes primaires composées 2 Pompes Cryogéniques 10 000 l/s de: Pompe à palette 275m3/h 1 Cryopannel LN2 2m2 Roots 1200 m3/h

Essais Vide Optique Enceintes Vide Optique V01Sud et V01Nord 1/3 Page 52 2 clean rooms for large/small instruments CL100 (ISO5) : 470 m 2 CL100 000 (ISO7) : 730 m 2 For Very High Resolution & Cryogenic instruments CHAMBER 450 M 3 IN CL100 VERY HIGH RESOLUTION CHAMBER 160 M 3 IN CL100 CRYO APPLICATION V01 BUILDING IN CANNES

Essais Vide Optique Niveau Propreté: Classe 100 Volume: Dimensions: Système Banc Optique 450m3 Pression < 1.10-5 mbar en 8h Diamètre: 6 m Longueur: 15 m Enceinte Vide Optique V01Sud 2/3 Page 53 Pompage Primaire: 2 Pompes à palette 630m3/h 1 Pompe Roots 2000m3/h 1 Pompe Roots 4000m3/h Pompage Secondaire: 1 Pompe Turbomoléculaire 1600 l/s 2 pompes cryogéniques 20 000 l/s 1 cryopannel LN2 de 6m2

Essais Vide Optique Niveau Propreté: Classe 100 Volume: Dimensions: Système Banc Optique 150m3 Pression < 1.10-5 mbar en 8h Diamètre: 5 m Longueur: 7 m Enceinte Vide Optique V01Nord 3/3 Page 54 Pompage Primaire: 2 chaînes primaires composées de: 2 Pompes à palette 250m3/h et 63m3/h 1 Pompe Roots 600 m3/h 1 Pompe Roots 2000 m3/h Pompage Secondaire: 1 Pompe Turbomoléculaire 1500 l/s 2 pompes cryogéniques 10 000 l/s 1 cryopannel LN2 de 2 m2

Essais Vide Thermique Laboratoire vide thermique Page 55 Qualification de nouveaux composants sous-système Qualification des méthodes (collage, préparation des supports,etc ) Essais des mécanismes (articulation GS, antenne ) Essais de dégazage Essais à très basse température Cryostat de vibration Etc 10 moyens d essai vide thermique 4 moyens thermo-optique Etc

Essais Vide Thermique Enceinte Vide Thermique ESP10 Page 56

Essais Vide Thermique Page 57 Caisson Aqua et 1 m 3 Caisson C1 LABORATOIRE

Moyens d Essais Vide Thermique Page 58 Caisson C2 et salle blanche

Moyens d Essais Vide Thermique Page 59 Conclusion http://eetfi.esa.int/ http://facilty.hq.nasa.gov Questions..