Testtid for MetOp Second Generation

MetOp Second Generation (MetOp-SG) er et opfølgningssystem til de succesrige MetOp-satellitter, hvoraf den sidste blev opsendt i sin 800 km polære bane i 2018.

MetOp-SG er Europas komponent i Joint Polar System, som er et samarbejde med USA. Eumetsat, Den Europæiske Organisation for Udnyttelse af Meteorologiske Satellitter, driver MetOp-satellitterne og er ansvarlig for at udvikle jordsegmentet af systemet og levere de meteorologiske data til det verdensomspændende brugerfællesskab. ESA er ansvarlig for at designe og fremstille rumsegmentet af systemet – selve satellitterne.

Til denne kampagne var testelementet ikke flyhardware, men en prototypeversion specielt bygget til indledende test, kendt som den strukturelle og termiske model (STM).

Denne første MetOp-SG satellit, stående 6,5 m høj og vejer 4,4 tons inklusive drivmiddel, blev rystet, chokerede og anbragt i længerevarende vakuum under simuleret sollys for at demonstrere designets kvalifikation til opsendelse og klarhed til rummet.

MetOp Second Generation-missionen består faktisk af to forskellige satellitter, hver med forskellige suiter af instrumenter ombord.

"Vores STM er faktisk en hybrid af disse to satellitdesigns, " forklarer Nick Goody, missionens fremdrifts- og montageintegrations- og testingeniør.

"De to satellitter har en fælles platform, mens STM er udstyret med nadir-pegeinstrumenter fra satellit-A plus nyttelastenhed fra satellit-B, inklusive forstærkere og strømforsyninger. Denne hybridkonfiguration resulterer i den maksimale masse- og effekttab for STM-testen, beregnet til mekanisk og termisk kvalifikation. Disse kvalifikationsmål, der ikke er dækket af STM, vil blive behandlet af SAT-A- og SAT-B-protoflyvningsmodellerne."

Testkampagnen begyndte på Airbus Defence and Space-anlægget i Toulouse i december 2018, hvor dummy-enheder, termisk hardware og elektrisk sele var integreret, sammen med fremdriftsmodulet leveret af Airbus's anlæg i Stevenage, Storbritannien. Dette blev efterfulgt af integration af testmodeller af instrumenterne og færdiggørelsen af ​​dens sele - labyrinten af ​​ledninger, der forbinder alt sammen - og dens flerlags isoleringsindpakning.

"En mikrovibrationstestkampagne blev udført for at karakterisere overførselsfunktionerne mellem instrumenterne og andre mikrovibrationseksportører såsom reaktionshjulene, " sagde MetOp-SG satellitingeniørchef Enrico Corpaccioli.

"Disse målinger giver os mulighed for bedre at analysere virkningerne af mikrovibrationer på instrumenterne under driften af ​​satellitten, når den er i kredsløb. Justeringsmålinger blev også udført for at give en reference, før miljøtestning begyndte."

Derefter, i juni 2019, STM blev transporteret til ESTEC Test Center i Noordwijk. Det største satellitteststed i Europa, centret er udstyret med faciliteter til at simulere alle aspekter af rummiljøet under et enkelt renrumstag.

Her blev den pakket ud til vibrationstest. Den blev derefter fyldt med 760 kg demineraliseret vand, i stedet for hydrazindrivmidlet vil det blive brændt med før lanceringen, til sinustest langs hver akse - undergår et progressivt sweep af frekvenser og amplituder for at jage eventuelle potentielt skadelige strukturelle resonanser.

"Kvalifikationsniveauer anvendes på STM-strukturen, " tilføjer Nick, "hvilket betyder, at amplituderne er væsentligt over de forventede flyveniveauer, og varighederne er længere for at demonstrere den nødvendige margin i designet."

Der blev også udført en kvasi-statisk belastningstest. Satellitter udsættes for samtidige statiske og dynamiske belastninger under opsendelsesfasen på grund af løfterakettens acceleration og aerodynamik. Denne kvasi-statiske belastningstest kombinerer statiske og dynamiske belastninger til en ækvivalent belastning, som påføres satellitten i en sinusburst med høj amplitude over nogle få sekunder.

En raketopsendelse er en ekstremt støjende begivenhed, så MetOp-SG blev derefter overført til den store europæiske akustiske facilitet. Her ledes nitrogen gennem massive akustiske horn i et forseglet kammer, genskabe lyden af ​​en opsendelse.

Næste trin var en 'fit check' og separationstest, involverer parring af satellitten med en løfteraketadapter leveret af Arianespace, for at sikre, at de to designs passer sammen efter hensigten, og at ringen, der fastgør satellitten til løfteraketten - kendt som klembåndet - fungerer korrekt, så adskillelsen kan ske uden problemer.

Dernæst kom den termiske testfase, som så MetOp-SG flyttet ind i Large Space Simulator, det største vakuumkammer i Europa, udstyret med en solsimulator baseret på en række højeffektlamper.

Et antal baner blev simuleret under forskellige varme og kolde forhold, indtil termisk stabilitet blev opnået inden for fastsatte niveauer. Resultaterne fra denne test muliggør eksperimentel korrelation af rumfartøjets matematiske termiske model, bruges til at verificere det termiske kontroldesign.

Testningen afsluttedes med yderligere justeringsprøvning - for at kontrollere, at modellen havde udstået sit testregime uden strukturel deformation - og en lækagekontrol, der involverede fyldning af fremdriftsmodulet med heliumgas.

"Denne testkampagne har givet vigtige kvalifikationsdata, " tilføjer Nick, "tillader korrelation af modellerne med repræsentative testdata og bekræfter analysen udført under designfasen. Den strukturelle termiske model er nu blevet transporteret tilbage til Toulouse i Frankrig, hvor instrumentet modellerer, fremdriftsmodul og dummy-enheder fjernes.

"Satellitten STM struktur og fremdriftsmodul vil blive returneret til deres leverandører til renovering, da de er bestemt til at blive ansat i MetOp SG-A's anden flyvemodel."

En fortælling om to MetOp-SG'er

To-satellit MetOp-SG-systemet leverer data fra polar kredsløb til vejrudsigt og klimaovervågning, og pakken af ​​instrumenter giver information om atmosfærisk kemi, luftkvalitet, oceanografi, hydrologi, vind, havisen, nedbør og temperaturprofiler i atmosfæren.

MetOp SG-A er vært for IASI-NG (Infrared Atmospheric Sounder Interferometer—New Generation) udviklet af det franske rumagentur CNES; METimage avancerede multispektral billeddannelsesradiometer udviklet af German Aerospace Center DLR; den ESA-udviklede Copernicus Sentinel-5 til atmosfærisk lyding plus ESA's MWS (Mikrobølgesounder); 3MI ((Multiview Multichannel Multipolarization Imager) og RO (Radio Occultation) instrumenter.

MetOp SG-B inkluderer de samme RO-instrumenter som MetOp-SG-A plus det ESA-udviklede SCA (Scatterometer), ICI (Ice Cloud Imager), MWI (MicroWave Imager) og den CNES-bidragede Argos Data Collection Service, indsamling af oplysninger fra havgående bøjer og en Space Environment Monitor bidraget af Thales Alenia Space.

MetOp-SG forventes at gå i brug i 2023.