最適化、テストおよび小型ホールスラ スターの診断

このプレゼンテーションの全体的な目標は、地上の宇宙環境シミュレーション施設で特殊な電気推進スラスタの試験に関与する方法論を提示することです。この方法には、ハードウェアとソフトウェアの統合を組み込んだ自動システムが含まれており、自動またはリモート診断用のスマートシステムを実現し、宇宙空間での推進モジュールやその他のペイロードのパフォーマンス評価が行われます。宇宙推進センターシンガポールは、シンガポールの南洋理工大学国立教育研究所の研究センターです。

ここで開発されたテスト環境には、異なる目的のための2つの宇宙環境シミュレーション施設が含まれています。スケーリングされた宇宙環境シミュレータはスラスターの寿命テストで原始的に使用される。この施設では、スラスターを長期間発射し、遭難経路に対するプラズマ損傷の影響を評価します。

その後、スラスターの寿命を推測する。Quadfilar中断ステージは、異なるペイロードに搭載された推進モジュールが宇宙でのその場での操縦にどのように影響するかを適切に視覚化することを可能にする。これは、中断されたシステム上のペイロード全体の取り付けと中断によってシミュレートされます。

その後、スラスターを発射することができ、モジュールが取り付けられている中断されたプラットフォームは、宇宙の条件に応じて作動します。また、クアッド振り子は、宇宙環境でテストするためのスラスタとモジュールのレベリング、キャリブレーション、設置のプロセスを促進します。この設定では、システム全体を平準化し、較正するために、トーショナルワイヤーの周波数変調を利用するためにテスト施設で1人のオペレータのみが必要です。

大規模な宇宙環境シミュレータでは、スラストの現場誘導を可能にする4重圧式の吊り下げスラストステージとは別に、モジュラー空間作動式ロボットプローブは、構成可能なアタッチメントユニットを介して取り付け用にカスタマイズすることもできます。また、大規模な宇宙環境施設は、多数の取り付けポイントと真空グリップ電子フィルタを備えており、同時に性能評価を行うための複数のスラスターと診断装置の設置を可能にしていることも注目に値します。これにより、テストを個別に行う場合に、アクセスの設置および再構成プロセス中にチャンバーが排気され、ポンプで送られるときに発生するダウンタイムを削減します。

ここでは、推進ユニットのテストの前に、4重振り子の設置とキャリブレーションの手順を実行します。まず、すべてのコンポーネントが、その後のテストに必要なチャンバに取り付けられていることを確認します。チャンバを密封する前に、診断ツールの接続性を外部からテストします。

チャンバーを密封するために統合された設備制御を使用してください。ドライポンプ、ターボ分子ポンプ、次に極低温ポンプから始まるカスケードオーダーで真空ポンプをオンにします。開発されたアプリを使用して、デバイスをチャンバー内のワイヤレストランスポンダと同期させます。

トランスポンダの点滅LEDが点滅を停止すると、同期プロセスが完了します。望ましい真空が得られ、最初の読書はベースラインとしてレーザー変位センサーを取り除かれる。開発したアプリを使用して、クアッドフィラーステージでの力の翻訳のための較正された重量の低下をトリガーします。

レーザー変位センサーからの変位を記録します。すべてのキャリブレーションウェイトが消費されるまで、変位四角段階の重量と記録を下げるプロセスを繰り返します。キャリブレーションカーブを描画して、クアッドフィラーステージに設置されたシステムのキャリブレーション係数を取得します。

その後、スラスターを発射することができ、所望のパラメータは、家の研究者によって書かれたデータ取得プログラムによってリアルタイムでキャプチャすることができます。また、統合されたアプリを使用して、モータからの作動シーケンスとそれに応じてセンサーからのデータ取得を同期させながら、キャリブレーションプロセスを完全に自動化することができます。ここでは、取得した推力パラメータをヌル測定に独自に検証する手順と、推力測定後に空間的に作動したプロキシをトリガしてプルームプロファイルを取得する方法を説明します。

まず、平衡位置の四重振り子のベースライン読み取りを行う。スラスターコントロールパネルから動作パラメータを所望の値に切り替え、スラスターを発射します。信頼が発火したら、四重振り子の振動が安定するのを待ちます。

安定化後、ヌル測定システムのコントロールアプリを使用して、重みの低下をトリガーします。重みは、四角い段階が平衡状態に戻るまで継続的に低下する。平衡位置に到達すると、作動シーケンスが終了し、4倍システムを平衡に戻すために必要な力が決定されます。

ストッパーブロックは、クワドフィラーステージの移動を停止するためにトリガされます。次に、空間測定プローブマウントでスイープシーケンスが実行されます。同期されたシーケンスは、各空間位置でプローブからデータを取得するためにループされ、それに応じて解析される配列に格納されます。

他のプローブは、プルームプロファイル上の空間情報を使用するようにモジュラーアタッチメントに取り付けるようにカスタマイズできます。このセクションでは、キャリブレーションシーケンスから得られる典型的な結果と、ファラデープローブスイープを通じて得られた典型的なプルームプロファイルについて説明します。測定段階への四角い推力の較正は翻訳システムのために運転されるその調査モーターの採用によって行われる。

実験タスク中の推力の導出に必要な較正因子を導出する。自動プログラムのオペレータによってトリガされるシーケンスで、垂直方向に作用する微細なキャリブレーションウェイトを下げ、スラスターが発射されたときに作動をシミュレートするために水平に変換されます。高分解能レーザー変位センサーからの測定値は、各間隔で取得され、次に較正曲線が引き出され、システム上での後続の測定のためのキャリブレーション係数を得る。

この図では、単一の自動較正プロセスで描画される典型的なキャリブレーション曲線を示しています。見ることができるように、四角い段階の適切な位置合わせと設定は、ボルト当たり27.65ミリニュートンのキャリブレーション係数をもたらす非常に線形較正プロットをもたらす。幅広い力で推力測定のための標準化されたセットアップで。

このキャリブレーションプロットに示すように、設定を拡張レジームのキャリブレーションウェイトに合わせて変更することもできます。ねじり線は感度のために調節され、両方のレジームで線形である口径測定プロットを得るために、細かいおよびコースの口径測定の重みが含まれている。この図では、誘導推力のin situ測定のサンプルを示します。

この図は、オペレータが放電電圧に対する推力の依存性を監視する方法を示しています。実験の過程で、排出が消滅するまで。クアッドフィラー推力測定ステージを用いて、放電電流と印加電圧によって与えられる様々な入力電力でスラスタ全体で発生した推力を測定することができました。

これらの情報を通じて、入力電力に対する効率と比インパルスの変動が得られる。これらの図は、4つの異なる質量流量での入力電力によって推力と比インパルスがどのように変化するかを示しています。そして、この図は、効率が入力電力に依存する方法を示しています。

その結果、スラスターは入力電力で動作するように最適化されており、低流量はスラスターを発射した後、ほぼ30%の効率をもたらし、システムから得られた信頼を独自に検証するためにヌル測定シーケンスがトリガされたことを示しています。推力が発射されると、ステージはシステムから導出された推進力の大きさに応じて変位する。ヌル測定ユニットは、対称系に取り付けられた対称系とは逆のキャリブレーションユニットで、同様の力変換システムを利用してステージを平衡状態に戻します。

レーザー変位センサは、測定中の変位を能動的に監視し、ベースライン平衡が達成された場合にのみ終了するシーケンスを活性化するために活性化システムをトリガします。オペレーターは、この図に示すように、in situ プルームプロファイルを視覚化することもできます。この図は、放電電力が、それに応じて最大半分の鉄のピーク電流密度と全幅の大きさにどのように影響するかを示しています。

プラズマに固有の物理プロセスは、材料合成中に自己組織化と自己組み立てを駆動し、制御することが知られています。QUTでは、プラズマ源やアプリケーションセンターと連携して、これらのビルディングブロックが形成され、成形され、異なるプラズマ条件上の表面に送達される方法を研究しています。これらのプラズマ形状ナノ構造がどのように動作するかを理解することで、修理が実際に必要な場所を追加するだけのタイムリーで効率的な送達と組み込みを確保するプロセスを設計できることを願っています。

より長いサービスと効率の良いプラズマ推進システムを提供します。このプレゼンテーションでは、シミュレートされた空間環境で推進システムと展開可能なモジュールをテストする施設を設計する際の考慮事項の概要を示しました。さらに、マイクロコントローラベースのシステムを使用して、そのデータ取得と分析に使用することの汎用性と強みを示しており、運用ミッションの要求に応じて他の評価モードを迅速に実行することができます。