El modelo estructural y térmico de MetOp Second Generation durante las pruebas en el Centro de Pruebas ESTEC de la ESA en los Países Bajos durante el verano de 2019. Crédito:Fotografía ESA-SJM
MetOp Second Generation (MetOp-SG) es un sistema de seguimiento de los exitosos satélites MetOp, el último de los cuales se lanzó a su órbita polar de 800 km en 2018.
MetOp-SG es el componente europeo del sistema polar conjunto, que es una colaboración con los EE. UU. Eumetsat, la Organización Europea para la Explotación de Satélites Meteorológicos, opera los satélites MetOp y es responsable de desarrollar el segmento terrestre del sistema y entregar los datos meteorológicos a la comunidad mundial de usuarios. La ESA es responsable de diseñar y fabricar el segmento espacial del sistema:los satélites mismos.
Para esta campaña, el elemento de prueba no era hardware de vuelo, sino una versión prototipo especialmente diseñada para las pruebas iniciales. conocido como modelo estructural y térmico (STM).
Este satélite MetOp-SG inicial, de 6,5 m de altura y 4,4 toneladas de peso, incluido el propulsor, fue sacudido, conmocionado y colocado en vacío prolongado bajo luz solar simulada para demostrar la calificación del diseño para el lanzamiento y la preparación para el espacio.
La misión MetOp Second Generation se compone en realidad de dos satélites diferentes, cada uno con diferentes conjuntos de instrumentos a bordo.
Para las pruebas de MetOp Second Generation, una versión de prototipo especialmente construida, conocido como el "modelo estructural y térmico" (STM). Este MetOp-SG STM, con una altura de 6,5 m y un peso de 4,4 toneladas, incluido el propulsor, fue sacudido, conmocionado y colocado en vacío prolongado bajo luz solar simulada para demostrar la calificación del diseño para el lanzamiento y la preparación para el espacio. Crédito:Fotografía ESA-SJM
"Nuestro STM es en realidad un híbrido de estos dos diseños de satélites, "explica Nick Goody, el ingeniero de pruebas e integración de montaje y propulsión de la misión.
"Los dos satélites tienen una plataforma común, mientras que el STM está equipado con los instrumentos que apuntan al nadir del satélite A más elementos de la unidad de carga útil del satélite B, incluidos amplificadores y fuentes de alimentación. Esta configuración híbrida da como resultado la disipación máxima de masa y potencia para la prueba STM, destinado a la calificación mecánica y térmica. Aquellos objetivos de calificación no cubiertos por el STM serán abordados por los modelos de proto-vuelo SAT-A y SAT-B ".
La campaña de prueba comenzó en las instalaciones de Toulouse de Airbus Defence and Space en diciembre de 2018, donde las unidades ficticias, Se integró hardware térmico y arnés eléctrico, junto con el módulo de propulsión suministrado por las instalaciones de Airbus en Stevenage, REINO UNIDO. A esto le siguió la integración de los modelos de prueba de los instrumentos y la finalización de su arnés, el laberinto de cables que conectan todo, y su envoltura de aislamiento multicapa.
"Se realizó una campaña de prueba de microvibraciones para caracterizar las funciones de transferencia entre los instrumentos y otros exportadores de microvibraciones como las ruedas de reacción, ", dijo el gerente de ingeniería de satélites de MetOp-SG, Enrico Corpaccioli.
"Estas mediciones nos permiten analizar mejor los efectos de las microvibraciones en los instrumentos durante la operación del satélite cuando está en órbita. También se realizaron mediciones de alineación para proporcionar una referencia antes de que comenzaran las pruebas ambientales".
El STM de MetOp Second Generation se acopla con su módulo de propulsión en las instalaciones de Toulouse de Airbus Defence and Space en diciembre de 2018. Crédito:Airbus D&S
Luego, en junio de 2019, el STM fue transportado al Centro de Pruebas ESTEC en Noordwijk. El sitio de prueba de satélites más grande de Europa, el centro está equipado con instalaciones para simular todos los aspectos del entorno espacial bajo un solo techo de sala limpia.
Aquí se desembalaron para realizar pruebas de vibración. Luego se llenó con 760 kg de agua desmineralizada, en lugar del propulsor de hidracina con el que se repostará antes del lanzamiento, para pruebas sinusoidales a lo largo de cada eje, sometiéndose a un barrido progresivo de frecuencias y amplitudes para detectar cualquier resonancia estructural potencialmente dañina.
"Los niveles de calificación se aplican a la estructura STM, "agrega Nick, "lo que significa que las amplitudes están significativamente por encima de los niveles de vuelo esperados y las duraciones son más largas para demostrar el margen necesario en el diseño".
También se realizó una prueba de carga cuasiestática. Los satélites están expuestos a cargas estáticas y dinámicas simultáneas durante la fase de lanzamiento debido a la aceleración y aerodinámica del lanzador. Esta prueba de carga cuasiestática combina cargas estáticas y dinámicas en una carga equivalente que se aplica al satélite en una ráfaga sinusoidal de alta amplitud durante unos pocos segundos.
El lanzamiento de un cohete es un evento extremadamente ruidoso, por lo que MetOp-SG se transfirió a la Gran Instalación Acústica Europea. Aquí el nitrógeno pasa a través de enormes bocinas acústicas dentro de una cámara sellada, recreando el sonido de un lanzamiento.
El STM de MetOp-SG fue transportado al Centro de Pruebas ESTEC en un protector, contenedor con aire acondicionado. Crédito:ESA
El siguiente paso fue una 'verificación de ajuste' y una prueba de separación, que implica acoplar el satélite con un adaptador de lanzador proporcionado por Arianespace, para garantizar que los dos diseños encajen según lo previsto y que el anillo que sujeta el satélite al lanzador, conocido como abrazadera, funcione correctamente para que la separación pueda ocurrir sin ningún problema.
Luego vino la fase de prueba térmica, que vio a MetOp-SG trasladarse al gran simulador espacial, la cámara de vacío más grande de Europa, equipado con un simulador solar basado en una serie de lámparas de alta potencia.
Se simularon varias órbitas en diversas condiciones de frío y calor hasta que se logró la estabilidad térmica dentro de los niveles establecidos. Los resultados de esta prueba permiten la correlación experimental del modelo térmico matemático de la nave espacial, utilizado para verificar el diseño del control térmico.
Las pruebas concluyeron con más pruebas de alineación (para comprobar que el modelo había resistido su régimen de prueba sin deformación estructural) y una comprobación de fugas que implicaba llenar el módulo de propulsión con gas helio.
"Esta campaña de prueba ha proporcionado importantes datos de calificación, "agrega Nick, "permitiendo la correlación de los modelos con datos de prueba representativos y confirmando el análisis realizado durante la etapa de diseño. El modelo térmico estructural ahora ha sido transportado de regreso a Toulouse en Francia, donde el instrumento modela, Se están retirando el módulo de propulsión y las unidades ficticias.
STM de MetOp-SG en el agitador electrodinámico, utilizado para simular las intensas vibraciones de un lanzamiento espacial. Al fondo se puede vislumbrar parte de otro satélite meteorológico, con el modelo estructural y térmico del instrumento de sonda infrarroja de tercera generación de Meteosat en el simulador de espacio grande. Crédito:ESA
El modelo estructural y temático de MetOp-SG se incluye en el Simulador de Gran Espacio de la ESA, la cámara de vacío más grande de Europa, antes de las pruebas de vacío térmico durante el verano de 2019. Crédito:Fotografía ESA-SJM
"La estructura del satélite STM y el módulo de propulsión se devolverán a sus proveedores para su renovación, ya que están destinados a ser empleados en el segundo modelo de vuelo de MetOp SG-A ".
Una historia de dos MetOp-SG
El sistema MetOp-SG de dos satélites proporciona datos de la órbita polar para el pronóstico del tiempo y el monitoreo del clima y el conjunto de instrumentos proporciona información sobre la química atmosférica. calidad del aire, oceanografía, hidrología, viento, hielo marino, perfiles de precipitación y temperatura en la atmósfera.
MetOp SG-A aloja IASI-NG (Interferómetro de sonda atmosférica infrarroja — Nueva generación) desarrollado por la agencia espacial francesa CNES; el radiómetro de imágenes multiespectrales avanzado METimage desarrollado por el Centro Aeroespacial Alemán DLR; el Copernicus Sentinel-5 desarrollado por la ESA para sondeo atmosférico más el MWS (Sonda de microondas) de la ESA; Instrumentos 3MI ((Multiview Multichannel Multipolarization Imager) y RO (Radio Ocultación).
MetOp SG-B incluye los mismos instrumentos de RO que MetOp-SG-A más el SCA (Scatterometer) desarrollado por la ESA, ICI (generador de imágenes de nubes de hielo), MWI (MicroWave Imager) y el Servicio de recopilación de datos de Argos, contribuido por el CNES, recopilación de información de boyas oceánicas y un monitor del entorno espacial aportado por Thales Alenia Space.
Se proyecta que MetOp-SG entre en servicio en 2023.
