Radiotest i varme og kolde rum

ESAs nyeste radiofrekvenstestfacilitet tillader direkte måling af antennesystemer i de meget vakuumforhold og termiske ekstremer, de vil arbejde i, inklusive kulden i det dybe rum. Det vil snart blive sat i gang med at teste Juice-missionens radiometer - bestemt til at undersøge de tynde atmosfærer på Jupiters største måner.

Det nyligt afsluttede anlæg kaldes Low-temperature Near-field Terahertz Chamber, eller Lorentz. Baseret på ESTEC i Holland, den kan teste højfrekvente RF-systemer såsom stand-alone antenner og komplette radiometre ved mellem 50 og 1250 Gigahertz i rumkvalitetsvakuum i flere dage i træk, i temperatur fra kun 90 grader over det absolutte nulpunkt op til 120 °C.

"Der er intet andet som dette i verden, " siger ESA-antenneingeniør Luis Rolo. "Det muliggør en helt ny kapacitet inden for RF-antennetestning.

"Grunden til, at vi har brug for det, er, fordi centrale RF-variabler såsom brændvidde og præcisionstilpasning er påvirket af materialer, der krymper med kulde eller svulmer med varme. Følgelig er standard test af rumtemperatur ikke repræsentativ under sådanne forhold - for alt i verden er de næsten blive som forskellige instrumenter. Dette blev tydeligt så længe siden som Planck-missionen i 2009, som opererede ved kryogene temperaturer for at opfange mikrobølgespor fra Big Bang."

ESA-antenneingeniør Paul Moseley tilføjer:"Men mens behovet for en sådan facilitet er klart, design, bygning og efterbehandling Lorentz har vist sig at være ekstremt udfordrende. Dette skyldes, at mens den ene side af kammeret når meget høje eller lave temperaturer, den anden side skal holde sig ved stuetemperatur. Scanneren, der opnår RF-signaleffekt og feltmønstre, skal holdes under stabile miljøforhold for at sikre pålidelig, krydssammenlignelige data."

At gøre Lorentz mulig betød at låne designteknikker fra kryogen radioastronomi, sammen med dybdegående rådgivning fra ESA termiske og mekaniske eksperter:

"Dette er sådan et tværfagligt projekt, med så mange nye elementer for os, som antenneingeniører, " tilføjer Luis "Igennem installations- og idriftsættelsesfaserne havde vi en bemærkelsesværdig støtte fra folk, der har arbejdet med kryokamre og komplekse mekaniske systemer i mange år, såsom ESA og European Test Services termiske vakuumhold og selvfølgelig ESTEC's elektromekaniske værksted. Deres støtte var meget værdifuld og meget værdsat."

Anlægget er baseret på et vakuumkammer i rustfrit stål med en diameter på 2,8 m. Drift i vakuum betød, at de velkendte spidse skumvægbeklædninger, der normalt bruges til at dæmpe reflekterede signaler i RF-testkamre, skulle udskiftes på grund af risikoen for at "udgasse" forurenende stoffer. I stedet absorberer og spreder sort kulstofepoxy, der indeholder siliciumcarbidkorn.

Flydende nitrogen kan pumpes ind i den indvendige foring af vakuumkammeret for at afkøle det, eller alternativt gasformigt nitrogen for at øge temperaturen, typisk målrettet mod et stabilt 'plateau' til testformål.

Selve testelementet kan roteres under test, da scanneren - dens position kan styres ned til et par tusindedele af en millimeter - optager sit signal fra den anden side af kammerets termiske barriere. Holdes isoleret af flerlagsisolering og en luftspalte, denne termiske barriere er i stand til at bevæge sig for at lade den mobile scanner kigge igennem, opnå et synsfelt på 70x70 cm.

Lorentz' kammer ankom til ESTEC i september sidste år. Der fulgte måneders arbejde med at integrere, teste og færdiggøre anlægget. Der er allerede gennemført testkampagner, opnå den forventede ydeevne.

I maj vurderer Lorentz sin første flyvepost:Sub-millimeter Wave Imager-radiometeret fra ESA's Juice-mission, som vil undersøge de sparsomme atmosfærer af Jupiters galilæiske måner og deres interaktion med den jovianske atmosfære og magnetfelt.