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Artemis 1 Orion à mi-chemin du test de vide thermique de Plum Brook

Le vaisseau spatial Orion de la NASA qui pilotera la mission en orbite lunaire Artemis 1 est à mi-chemin de deux mois de tests de vide thermique 24h / 24 à la station Plum Brook à Sandusky, Ohio. La NASA et le maître d'œuvre Lockheed Martin collectent des données sur le vaisseau spatial

Les tests vérifient non seulement que le vaisseau spatial Orion et sa conception répondent aux exigences, mais les données collectées aideront à calibrer les modèles analytiques de la façon dont la structure réagit aux conditions thermiques en vol et comment le vaisseau spatial

L'intérieur de l'engin spatial a été dépressurisé à des conditions proches du vide au début du test pour évaluer les performances du système dans des conditions d'urgence; lorsque les essais reviendront à un point d'équilibre thermique froid, l'équipe d'essai repressurisera la cabine de l'équipage pour évaluer cette capacité à des températures extrêmes. Après les tests de vide thermique, la chambre d'essai de Plum Brook sera reconfigurée pour des tests d'inférence / compatibilité électromagnétique (EMI / EMC) qui concluront la campagne en Ohio.

Alors que le vaisseau spatial Artemis 1 traverse sa dernière campagne de test de développement majeur, les travaux se poursuivent également sur les deuxième et troisième missions Orion pour Artemis. L'assemblage du vaisseau spatial Artemis 2 progresse sur deux continents, ainsi que la planification et l'analyse de l'espace commercial du prochain Orion pour soutenir la mission d'atterrissage lunaire Artemis 3.

Essais de vide thermique d'un mois à deux mois

« Le test se déroule de façon fantastique », a déclaré Mark Kirasich, responsable du programme Orion de la NASA, le 23 janvier. « Nous avons eu vingt-sept jours écoulés et il était initialement prévu que ce soit un test de soixante-trois jours. Tout est basé sur les données observées et nous avons franchi quelques jalons plus rapidement, donc si le test continue comme il se passe, nous terminerons probablement quelques jours avant le jour 63. « 

Le vaisseau spatial Orion pour la mission Artemis 1 est scellé à l'intérieur de la chambre à vide de simulation spatiale à Plum Brook

L'assemblage final du module d'équipage et du module de service a été achevé au milieu de l'année dernière; le vaisseau spatial a ensuite été préparé pour les tests de Plum Brook, qui ont également servi en partie à le préparer pour la mission Artemis 1. Le véhicule est testé comme s'il était dans l'espace, ce qui nécessite qu'il soit configuré et prêt à fonctionner dans ces conditions.

Crédit: NASA / Quentin Schwinn.

(Légende photo: un convoi de véhicules accompagnant le transporteur transportant le vaisseau spatial Artemis 1 Orion, en bas au milieu, s'approche de Plum Brook

Pour les tests de vide thermique, l'engin spatial (moins ses panneaux solaires) est orienté verticalement dans la grande chambre à vide sur un support, entouré d'un équipement de conditionnement thermique qui simule ces températures dans l'espace.

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Après son arrivée à Plum Brook juste avant Thanksgiving, le vaisseau spatial a été préparé pour les tests. Il a été retiré de son emballage d'expédition et de manutention, placé dans du matériel de soutien pour le test et placé dans la chambre à vide. L'équipement de soutien au sol électrique (EGSE) fonctionne jusqu'au vaisseau spatial, y compris les ombilicaux pour remplacer ses panneaux solaires manquants et son câblage pour transporter les commandes et les données vers et depuis le vaisseau spatial et les données de l'instrumentation de test déployée partout au centre de contrôle.

L'équipe de test a commencé les tests 24h / 24 juste avant Noël.

«C’est une très grosse opération industrielle. C’est l’Ohio au milieu de l’hiver; juste l’équipe de soutien pour faire entrer et sortir ces pétroliers ainsi que les plans d’urgence que nous avons en cas de tempête de neige, vous devez garder ces camions-citernes en marche tout le temps pour garder la chambre froide. « 

Avec la chambre dans des conditions de vide et Orion sous tension à plein temps, le vaisseau spatial a d'abord été testé à deux points d'équilibre thermique froid.

Crédit: NASA / Bridget Caswell.

(Légende photo: le vaisseau spatial Orion est roulé dans la chambre à vide de Plum Brook le 4 décembre. Le vaisseau spatial est mis en cage à l'intérieur d'un système de flux de chaleur qui est ensuite entouré d'un linceul cryo. Les deux éléments permettent au vaisseau spatial d'être cuit et congelé sur tous les côtés sous vide à l'intérieur de la chambre pendant le test de vide thermique de deux mois.)

« En général, c’est une attitude très froide pour la plupart des véhicules, même si nous gardons l’extrémité arrière au chaud. »

« Donc, cela a duré environ neuf jours et l’équilibre thermique n’est pas seulement un cycle, vous n’avez tout simplement pas froid », a-t-il expliqué. «Nous sommes devenus froids, puis nous nous sommes assis là et nous avons attendu que les températures sur le véhicule se stabilisent et les opérateurs de test ont des critères très stricts.»

«Il y a environ mille transducteurs [de température] et ils ont quatre ou cinq ensembles de critères», a-t-il noté. « Par exemple, l’un signifie que quatre-vingt-quinze pour cent des transducteurs ne doivent pas changer. »

« Vous devez être à plus ou moins [une fraction de] un degré par heure et c’est à chaque point du véhicule et la raison pour laquelle vous le faites est parce que vous utilisez les données pour calibrer et mettre à la terre les modèles thermiques. » Une fois la température du vaisseau spatial était stable, il a été exécuté à travers des vérifications du système.

«Tout au long de ce test, Orion est sous tension et en fait, nous allons faire fonctionner le vaisseau spatial pendant plus de mille cinq cents heures tout au long de ce test», a noté Kirasich. «Lorsque nous atteignons ces points d’équilibre, nous voulons exécuter un test fonctionnel complet du vaisseau spatial, donc ce n’est pas seulement que vous gardiez le vaisseau spatial allumé et que vous laissiez les systèmes de contrôle thermique fonctionner, puis les regarder. Nous exécutons ensuite chaque système, le système de communication, le système d’hélice, chaque système obtient un contrôle fonctionnel pour s’assurer qu’il fonctionne à ces températures extrêmes. »

Kirasich a noté que les performances du système de contrôle thermique fournissent des données précieuses.

« L’équipe apprend parce que les modèles thermiques à l’avance jusqu’à ce que vous les fondiez dans les données de test, ils ne sont pas parfaits. « Il y a de la marge et des erreurs parce que les modèles ne modélisent pas tout parfaitement, donc nous constatons que certaines parties du véhicule réagissent un peu plus lentement que lorsque l’analyse l’avait prédit, d’autres domaines réagissent plus haut. »

« L’équilibre des pouvoirs sur le chemin de la Lune est vraiment important », a-t-il également noté. « [Avec] les températures extrêmes, nous notons les cycles de fonctionnement des réchauffeurs pour mettre à jour nos modèles de consommation d’énergie, c’est donc le genre de données que vous glanez de cette chose. Il ne s’agit pas seulement de tester «quelque chose a-t-il cassé?

Crédit: NASA / Rad Sinyak.

(Légende photo: Orion est de retour dans une orientation verticale à Plum Brook le 1er décembre après avoir été déballé de ses couvercles d'expédition et tourné par rapport à son orientation d'expédition horizontale.)

Après avoir testé les conditions simulant l'attitude de la queue au soleil, l'équipe a procédé au deuxième point d'équilibre froid où elle a répété le même test.

« Tout au long de cela, c’était incroyable, le véhicule a été magnifiquement performant », a déclaré Kirasich. «Doug Loverro, le nouveau patron de HEO (administrateur associé de la direction de la mission d’exploration et d’opérations humaines de la NASA), était avec moi le soir du nouvel an [à Plum Brook], il posait des questions à l’équipe.

« Assis juste à l’extérieur du vaisseau spatial, vous avez ces boucliers thermiques à moins 250 degrés [Fahrenheit], à l’intérieur du vaisseau spatial, nous contrôlions exactement où nous avons réglé la température, plus 65 degrés, tout simplement magnifiquement. Et il demandait « comment faites-vous cela? » Et nous avons expliqué le système de protection thermique et le système de refroidissement et les radiateurs et donc c’était vraiment bien. « 

Les tests ont commencé après un faux départ rapide

Les tests ont commencé par la dépressurisation de la chambre à vide le 26 décembre après un faux démarrage.

«C’est une très grosse opération. Nous installons le vaisseau spatial et vous connectez plus d’un millier de transducteurs de température et c’est une chambre à vide thermique, vous devez donc faire passer tout le câblage à travers des parois très épaisses [qui sont] hermétiquement scellées afin qu’il n’y ait pas de fuites et nous installons des radiateurs et des carénages de refroidissement, qui a pris un certain nombre de semaines, puis nous avons fermé la porte et nous avons évacué la chambre, puis ce que nous faisons est d’inonder le carénage thermique avec cet azote liquide très froid, moins 250 degrés et les choses commencent à se refroidir. »

Kirasich a déclaré que le problème est apparu la veille de Noël.

« Nous avons le faisceau qui relie les liens de commande et de télémétrie entre la salle de contrôle et le vaisseau spatial, nous avons des lignes primaires et secondaires redondantes qui traversent ce mur très épais à travers la chambre très froide, mais c’est une ligne de fibre optique qui est un limite de température inférieure, nous avons donc enveloppé le tout dans une couverture thermique avec des éléments chauffants, et devinez ce que nous avons rendu la couverture thermique zéro défaut. « 

« Il s’agissait d’un seul appareil de chauffage, alors, comme par chance, il se serait écoulé un jour après le premier trempage à froid alors que nous essayions de refroidir, cet appareil de chauffage est tombé en panne », a-t-il noté. «C’était la veille de Noël, je fêtais [chez moi] avec ma famille et l’équipe a téléphoné pour dire que nous devions parler.»

«Nous aurions pu continuer et nous aurions dépassé la certification opérationnelle inférieure de cette ligne de fibre optique et nous aurions probablement échoué les capacités primaires et secondaires de commander et d’obtenir des données du véhicule. Nous y étions depuis un jour mais nous avons décidé, non, nous ferions mieux de nous arrêter et nous avons réprimé la chambre et nous sommes entrés et nous avons réparé les choses. »

«Ce que nous avons fait le jour suivant, avant notre retour dans la chambre, nous avons examiné la vulnérabilité unique de chaque système de soutien au sol, où un seul système pouvait supprimer une capacité redondante dont nous avions besoin et nous avons amélioré le système et ajouté une certaine tolérance aux pannes dans les zones où nous pensions être vulnérables », a-t-il expliqué. « C’était donc très excitant. »

Crédit: NASA / Glenn Benson.

(Légende photo: pour en revenir aux préparatifs en Floride pour aller à Plum Brook, le vaisseau spatial Artemis 1 Orion a été tourné à l'horizontale dans l'O

Kirasich a noté que l'équipe a battu son estimation initiale pour le temps de récupération.

«Quand nous avons eu cette téléconférence la veille de Noël, l’équipe m’a dit que ça allait être une opération de six jours parce que nous devions tout réchauffer avant de réprimer, puis nous devions réprimer et nous devions faire entrer l’équipe. le véhicule est couvert, il est enveloppé et nous avons dû enlever l’équipement, installer des échafaudages et nous avons eu cette estimation de six jours. »

«Et il s’est avéré qu’ils sont entrés là-bas et l’équipe était tellement excitée que nous avons fait demi-tour et que nous déprimions à nouveau en un peu moins de deux jours, alors ils ont fait un excellent travail.»

Quelques jours après le début des tests, la cabine de l'équipage d'Orion elle-même était dépressurisée.

« La deuxième raison est surtout sur la partie de l’équilibre thermique que vous essayez de corréler les modèles thermiques comme je l’ai mentionné et cela se produit lorsque vous êtes en gravité par opposition à lorsque vous êtes dans l’espace où l’effet de la gravité est moindre, [vous avez] des effets de convection thermique – vous savez comment la chaleur monte? Lorsque vous n’avez pas d’atmosphère, vous pouvez éliminer cette incertitude et il est beaucoup plus facile de calibrer les modèles thermiques. Nous essayons de retirer le plus de marge possible des inconnues des modèles d’équilibre thermique et de puissance, c’est pourquoi nous allons aux extrêmes. « 

Kirasich a expliqué qu'il a été décidé de ne pas enfoncer complètement le récipient sous pression du module d'équipage pour passer l'aspirateur.

« En dehors de l’engin spatial, il est dans un vide poussé, c’est comme dix au moins 6 Torr, c’est un vide spatial très profond et toutes les pompes, toutes les boîtes avioniques montées à l’extérieur de la cabine fonctionnent en continu. Nous n’avons donc aucune raison de croire que l’une des boîtes à l’intérieur [aurait un problème] ou l’une des choses qui vous inquiètent, les harnais, tout effet d’arc dans le vide [serait] un problème, mais c’était une mesure d’équilibrage des risques . « 

« Comme moyen d’obtenir autant de données que possible, puisque l’intérieur doit encore survivre aux rigueurs d’un vol dans l’espace lointain, nous avons choisi ce point comme un moyen d’équilibrer les risques si vous le souhaitez », a-t-il ajouté. «Et nous l’avons fait quantitativement, nous avons regardé le nombre d’objectifs thermiques que nous avons obtenus, nous avons examiné la part du risque technique que nous avons achetée en passant à un psi, nous avons regardé combien nous avons réduit le risque d’endommager une boîte par exemple si vous en aviez un quelque part. Nous avons choisi de le porter à environ un psi et nous sommes assis là depuis le début du test. »

Crédit: NASA / Bridget Caswell.

(Légende photo: le vaisseau spatial Orion lourdement emballé est descendu de l'avion Super Guppy à l'aéroport régional de Mansfield Lahm le 25 novembre le matin après son arrivée de KSC. Le vaisseau spatial a ensuite été soulevé sur une remorque à plateau pour le transport terrestre à Plum Brook le lendemain. )

Après le deuxième point d'équilibre thermique froid, le système de flux de chaleur a été réactivé pour atteindre un extrême thermique chaud.

« C’est le même genre de chose que la première partie, nous faisons un bilan thermique, donc il ne faut pas simplement attendre que vous arriviez à la température suivante. Nous atteignons la température suivante, puis nous nous asseyons là et nous avons eu les mêmes critères lorsque nous regardons tous les transducteurs de température et nous assurons que quatre-vingt-quinze pour cent d’entre eux ont cessé de changer. »

Au moment de l'entretien la semaine dernière, Kirasich a noté que l'équipe de test effectuait des tests fonctionnels des systèmes d'engins spatiaux à ce point d'équilibre thermique à haute température. Une fois ces tests terminés, ils refroidiront à nouveau le vaisseau spatial en préparation pour plus de tests et repressurisant le module d'équipage.

« Nous allons rester déprimés jusqu’à ce que nous arrivions au deuxième plateau froid et à ce moment-là, nous allons réprimer la cabine et vous pourriez bien dire » pourquoi le faites-vous là-bas? «  », A déclaré Kirasich. «Lorsque vous repressurisez, les conduites deviennent très froides parce que vous avez cette expansion de gaz, c’est comme la façon dont les climatiseurs fonctionnent ici sur Terre et nous repressurisons à la température la plus froide pour fournir un test extrême que toute la plomberie fonctionne, rien gèle, rien ne s’arrête dans cette pire situation où vous devez refaire une cabine dans des environnements froids. »

Après les tests de vide thermique, la chambre sera reconfigurée sur quelques semaines pour effectuer des tests d'inférence / compatibilité électromagnétique (EMI / EMC) sur l'engin spatial. Après cela, Orion sera retiré de la chambre d'essai, retourné dans une orientation horizontale et remballé pour le retour à KSC.

Une caravane de véhicules escortera d'abord le vaisseau spatial sur un chemin de retour à l'aéroport de Lahm à Mansfield, Ohio, où il sera à nouveau chargé sur le Super Guppy pour un vol à plusieurs arrêts vers le Shuttle Landing Facility à KSC. Le vaisseau spatial sera ensuite ramené aux opérations et contrôle Armstrong (O

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