Entladungstest für Trägerantenne

14. Juni 2023

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Die Verbindung einer Trägerrakete im Flug mit dem Boden aufrechtzuerhalten, ist eine der schwierigsten Aufgaben, die eine Antenne erfüllen kann. Mit hohen Temperaturen, Vibrationen und atmosphärischem Windschatten zu kämpfen ist schwer genug, aber die Verschiebung des atmosphärischen Druckniveaus, wenn die Trägerrakete in das Vakuum des Weltraums (und möglicherweise auch wieder zurück) fliegt, kann zu gefährlichen elektrischen Entladungen namens Korona führen, die hier getestet werden.

Das Antennendesign, das im Hochleistungsradiofrequenzlabor der ESA in Valencia, Spanien, getestet wird, gehört zu einem Quartett, das demnächst auf der suborbitalen Mikroträgerrakete Miura 1 in Spanien zum Einsatz kommt, die von der Firma PLD Space entwickelt wurde. Die vier Antennen werden aber auch einer separaten Testkampagne unterzogen, um sie für breitere zukünftige Anwendungen zu qualifizieren.

„Es gibt insgesamt vier verschiedene Antennentypen, die jeweils paarweise an Bord von Miura 1 geflogen werden“, erklärt ESA-Antenneningenieurin Victoria Iza.

„Eine davon ist eine Global Navigation Satellite Signal-Antenne, die Satellitennavigationssignale verwendet, um die Position der Trägerrakete zu verfolgen; eine ist eine S-Band-Antenne zur Übertragung von Telemetriedaten sowie C-Band- und UHF-Antennen, die beide dem Sicherheitssystem dienen, das den Flug sicher beenden wird.“ im Störungsfall redundant arbeiten.

„Dieses von der spanischen Firma Anteral gebaute Quartett konformer dielektrischer Antennen – jede ungefähr so ​​groß wie ein Smartphone und so gefertigt, dass sie um den Rumpf der Oberstufe passt – wurde bereits als Teil der Avionikbucht des Miura 1 qualifiziert. Aber mit Da die Zahl europäischer kleiner Trägerraketen, unterstützt durch das Boost!-Programm der ESA, rapide zunimmt, besteht das Potenzial für eine breitere Verwendung dieser Antennen, weshalb sie einem separaten Qualifizierungsprogramm unterzogen werden.“

Die Antennen werden im Rahmen des General Support Technology Program der ESA zur Entwicklung vielversprechender neuer Produkte für den Weltraum und den freien Markt getestet. Derzeit werden sie Umwelttests unterzogen, darunter thermischem Vakuum, bei dem sie anhaltendem Vakuum und extremen Temperaturen sowie Vibrationstests ausgesetzt werden.

Diese Antennen müssen während des Starts, des Orbitalflugs und schließlich der Rückkehr zur Erde rauen thermomechanischen Umgebungen standhalten. Daher wurde das Projekt auf Seiten der ESA vom Strukturingenieur Goncalo Rodrigues und dem Wärmeingenieur Miguel Copano unterstützt.

Zu den wichtigsten Stressfaktoren zählen Vibrationen, die sich von den Triebwerken der Trägerrakete ausbreiten, Erschütterungen, die aus der Trennung der Verkleidung und der Stufen resultieren, sowie die extremen Temperaturen, die aus aerothermischen Flüssen und – sobald sie sich im Orbit befinden – der abwechselnden Sonneneinstrahlung und dem kalten Weltraum entstehen.

Um zu überprüfen, ob die Antennenkonstruktionen nicht nur überleben, sondern auch weiterhin wie vorgesehen funktionieren, setzte das Team eine Kombination aus Computersimulationen und Testeinrichtungen am Boden ein, darunter elektromagnetische Shaker, Pyroschocktische und Thermo-Vakuum-Kammern.

„Die meisten Tests wurden an der öffentlichen Universität von Navarra, UPNA, durchgeführt, aber für Koronaentladungstests wurde das High Power Radio Frequency Lab der ESA genutzt“, fügt Victoria hinzu.

„Wenn eine Hochfrequenzantenne von einem Rest Atmosphäre umgeben ist – etwa wenn eine Trägerrakete die Atmosphäre eines Planeten verlässt oder dorthin zurückkehrt –, besteht die Gefahr, dass diese Luft durch das Funksignal ionisiert wird, was zu Schäden durch einen Blitzschlag führen kann.“ Entladung.

„Die Antennen wurden in diesem Glasbehälter platziert, damit sich der Luftpegel in der Umgebung ändern kann, während die Antennen in Betrieb sind. Das Glas behindert die Funksignale nicht. Unsere vollständige Testkampagne wird bald abgeschlossen sein und hoffentlich dazu beitragen, dass die Antennen neue Märkte finden.“ , nicht nur für Trägerraketen – aufgrund ihrer nachgewiesenen Robustheit könnten sie beispielsweise auch an Bord von Planetenlandern eingesetzt werden.“

„Für Anteral ist die Entwicklung dieser Antennen von entscheidender Bedeutung für unsere Positionierung auf dem Markt für kleine Trägerraketen“, erklärt Fernando Teberio, Chief Technology Officer von Anteral.

Itziar Maestrojuan, CEO von Anteral, bemerkt: „Dank der Unterstützung der ESA konnten wir die Antennen, die auf Miura-1 und hoffentlich auf vielen anderen Trägerraketen und anderen Anwendungen verwendet werden, bei denen Zuverlässigkeit ein Schlüsselparameter ist, vollständig qualifizieren.“

Bereitgestellt von der Europäischen Weltraumorganisation