¡Sin una habitación limpia, no hay viajes espaciales! ¿Cómo atraviesan las sondas espaciales la última línea de defensa?
El 16 de septiembre, la empresa privada de tecnología de exploración espacial del jefe de Tesla, Musk, SpaceX, lanzó con éxito la primera misión espacial tripulada comercial Inspiration 4 utilizando un cohete Falcon 9: la "nave espacial Dragon" envió a cuatro pasajeros comunes al espacio y completó un viaje de fantasía de tres días alrededor de la órbita de la Tierra, lo que demuestra aún más que las empresas aeroespaciales comerciales tienen capacidades de servicios de cadena completa, desde vehículos de lanzamiento hasta naves espaciales tripuladas, y pueden iniciar operaciones comerciales en cualquier momento. El mercado del turismo aeroespacial. >No solo las agencias espaciales nacionales de potencias espaciales como Europa, Estados Unidos y China, sino también empresas privadas han desarrollado ambiciosos planes espaciales para sí mismas. El éxito de empresas emergentes como Space Exploration Technology Corporation es una cosa. está claro: hay mucho optimismo sobre los viajes espaciales comerciales y hay una industria que se beneficiará del enorme crecimiento del mercado aeroespacial: las salas blancas. En este artículo, CleanRoomTec analizará cómo funcionan juntos estos sectores de salas blancas. >
Según los consultores de gestión, el mercado mundial de la tecnología espacial se multiplicará por diez en los próximos 20 años, hasta alcanzar los 2,7 billones de euros en 2040. Por supuesto, muchos científicos, ingenieros, proveedores y proveedores de servicios harán una fortuna con este crecimiento sin precedentes. , como última línea de defensa contra las naves espaciales, los técnicos de salas blancas también se beneficiarán enormemente, porque casi todos los involucrados en los viajes espaciales realizan la misma tarea: las salas blancas y su tecnología de limpieza son la última línea de defensa para la aviación. >
Maximizar la confiabilidad y reducir la tasa de fallas
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En los viajes espaciales, el fracaso de la misión suele ser la causa debido a los detalles. El Ariane 4, lanzado en 1990, fue un fracaso que provocó dos salidas en falso en 1994 porque el polvo inutilizó la bomba de la turbina. No sólo le pasó a la Agencia Espacial Europea sino también a la NASA, que reparó cinco veces un defecto de fabricación. Telescopio Hubble porque el espejo primario se desgasta unas micras demasiado plano, solo para descubrirlo demasiado tarde, ya que se lanzó al espacio. Los satélites deben permanecer 100% funcionales cuando alcanzan su órbita prevista para poder mantener el servicio durante décadas. El espacio, las reparaciones y la limpieza son a menudo imposibles.
A través del análisis de errores posterior, los ingenieros han experimentado el dolor y el alto costo de las misiones fallidas. Esto les permite acumular experiencia y desarrollar salas limpias y sus tecnologías. Este tipo de industria química fina está estrechamente relacionada con la seguridad y confiabilidad de los viajes espaciales.
La fabricación aeroespacial es la frontera de la fabricación de precisión y las piezas deben mantenerse escrupulosamente limpias, ya que incluso las partículas más pequeñas pueden comprometer las misiones. Antes del lanzamiento, el rover y el telescopio espacial se colocan en salas limpias para evitar daños a estas valiosas cargas útiles. La tecnología está estrechamente relacionada con la producción y la integración de componentes. , transporte, sitios de lanzamiento y espacio.
Entre la fabricación en todas sus instalaciones espaciales, la NASA tiene muchas salas blancas en todo el país, incluidas las instalaciones de sus socios académicos y comerciales. Estas salas blancas ayudan a preparar componentes de vuelo críticos para las misiones y están libres de contaminantes dañinos como polvo, bacterias, cabello y partículas contaminantes del aire que pueden dañar los componentes a bordo de instrumentos sensibles multimillonarios.
A medida que las funciones de control y seguimiento de aviones y cohetes se vuelven cada vez más precisas, los requisitos de precisión en la producción también son cada vez mayores. Por lo tanto, el mayor desarrollo de la tecnología de salas blancas proporciona una fuerte garantía para la industria aeroespacial: maximiza la confiabilidad, es decir, reduce la tasa de fallas de transmisores y cargas útiles, lo cual es una contribución importante de las salas blancas a los viajes espaciales actuales.
Integración y coordinación de departamentos de salas blancas
Controlar los contaminantes al mínimo nivel.
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La NASA y otras agencias tienen regulaciones estrictas sobre los niveles de contaminación en los productos espaciales. Los contaminantes ambientales como polvo, huellas dactilares, partículas, vapores, microorganismos y bacterias son consideraciones importantes en el desarrollo de instrumentos y componentes espaciales. Estas partículas de polvo sueltas o huellas dactilares pueden dañar o dañar los instrumentos científicos.
Los estándares de salas blancas los establecen las autoridades federales e internacionales y están designados por clases, que son una indicación del tamaño y número de partículas permitido por unidad de volumen.
Estándares de la Organización Internacional de Normalización:
De acuerdo con la designación de clase de sala limpia, la sala limpia tiene sistemas y funciones especiales para controlar la contaminación. Estos incluyen sistemas aislados de filtración de aire, humedad y temperatura; salas de descanso para que los empleados entren y salgan de la sala limpia; y ropa de protección especializada para los trabajadores, incluidos monos, cubrezapatos, máscaras, guantes, redecillas para el cabello y gafas protectoras. Los equipos de la sala limpia también se controlan para que no se produzca contaminación del aire o de partículas.
Uno de los retos en el desarrollo de naves espaciales es el espacio necesario para manipular los componentes durante el montaje. Una sala limpia de gran altura en el sitio brinda a los ingenieros la flexibilidad para diseñar naves espaciales grandes. Esta sala limpia de clase 10.000 también cuenta con una gran sala de control, una cámara de vacío para pruebas ambientales, una antecámara donde el personal usa ropa limpia y una sala limpia.
El diseño cuantitativo de las salas blancas de equipos espaciales impone requisitos extremadamente altos en el control de partículas en el aire. El sistema de filtración modular de aire (MFS) consta de unidades de filtración HEPA portátiles diseñadas para filtrar el aire de una sala limpia para eliminar la contaminación a nivel de trabajo. El diseño es versátil y permite el uso de unidades únicas o múltiples. MFS consta de una unidad de suministro de aire HEPA, una unidad de aire de retorno (HEPA o no HEPA) y paredes ESD laterales completas. Debido a que la unidad filtra aire limpio en una sala limpia, el área estándar ISO 8 (100 000) permanecerá por debajo de ISO 7 (100 000). El objetivo principal es lograr una velocidad de flujo laminar continuo de 90 +/- 30 pies/minuto. Para mantener las partículas en movimiento por el espacio, el enjambre de partículas está activo por debajo de ISO 7 (10000). El diseño logra esto abriendo completamente el acceso al techo y permite un diseño modular para adaptarse a los requisitos cambiantes y la ubicación del equipo. El diseño de las paredes laterales depende de los requisitos específicos del cliente o de los puntos de entrada del personal.
Las sondas que aterrizan en otros cuerpos celestes tienen los requisitos de pureza más altos. Deben estar libres de partículas y bacterias. Si las esporas o bacilos viajan con la sonda, podrían afectar las mediciones en la búsqueda de vida extraterrestre. También violaría una parte del Tratado sobre el Espacio Ultraterrestre según el cual los Estados partes deben evitar la contaminación nociva cuando realicen investigaciones y exploraciones del espacio exterior, incluida la Luna y otros cuerpos celestes. Entonces, cuando la nave espacial está funcionando y descansando, las luces ultravioleta pueden matar las bacterias en el aire. Los módulos se irradian, se llenan de cloro o se calientan a más de 140°C. Se deben tomar medidas de desinfección antes de alcanzar el límite inferior de recuentos bacterianos. No es posible una integración aséptica completa. Por lo tanto, era inevitable una desinfección integral de la fuerza de desembarco.
Todas las salas blancas de alta gama están equipadas con aire acondicionado. Su temperatura suele ser de 22 grados Celsius (+/-3 grados Celsius) y la humedad relativa es del 55% (+/-10%). La humedad controlada protege los componentes electrónicos porque el aire seco puede provocar averías eléctricas. Los pisos ESD (descarga electrostática) también previenen las descargas eléctricas. Equipos antiestáticos, incluyendo ropa, zapatos y guantes, adecuados para la protección contra voltajes superiores a 100 voltios.
El vapor durante el funcionamiento debe evacuarse a través del sistema de ventilación. Lo ideal es un flujo de desplazamiento vertical de baja turbulencia desde el techo al suelo. Otra posibilidad es el flujo horizontal: la superficie de descarga consta de una rejilla con varias unidades de ventilador de filtrado con ventiladores y filtros terminales. La superficie de la superficie de trabajo suele estar perforada para permitir que el aire fluya sin perturbar las turbulencias. Los empleados ingresan a la sala limpia ISO 5 a través del sistema de esclusa de aire ISO 7/8 y ajustan su ropa de acuerdo con los requisitos más altos.
En las salas blancas de nivel 5 se integran satélites con sistemas ópticos extremadamente sensibles, como los satélites de reconocimiento. Las partículas en las superficies ópticas pueden aumentar el componente de luz dispersada, mientras que las impurezas moleculares pueden provocar interferencias espectrales. La limpieza con un cepillo suave lleva mucho tiempo y puede rayar el revestimiento. Es posible que queden rayas después del lavado. Por lo tanto, es imperativo evitar toda contaminación tanto como sea posible. Por tanto, la silicona no debe utilizarse en salas blancas. La silicona se evapora después de más de 20 años, liberando las moléculas.
Otras características del equipo incluyen grúas especialmente equipadas con transmisiones selladas y correas recubiertas. Esto se debe a que el impulsor se desgasta y el cable de suspensión lubricado libera gas.
Además de la tecnología, el factor clave siempre son las personas: la mayor fuente de contaminación en las salas blancas, porque libera 30 millones más 1 que 0,3? m partículas. (Para artículos relacionados, lea "Control máximo de fuentes de contaminación | Sistema de identificación y gestión precisa del personal de salas blancas basado en tecnología RFID"). Por lo tanto, las personas que trabajan en áreas limpias usan ropa protectora especial. Estos protegen al producto, no a la persona. Por lo tanto, las batas o monos para salas blancas, los zapatos para salas blancas y los cubrecabezas son obligatorios, al igual que las vendas para la barba para los usuarios con barba.
Cualquier persona que vuele un avión debe usar guantes. Las piezas sólo pueden entrar y salir del avión a través de la esclusa de aire.
Aunque es una habitación limpia, la habitación no está libre de polvo y debe limpiarse según planos y normativa. Los contaminantes pueden depositarse en el suelo o en zonas tranquilas de la superficie. Es necesario limpiar la habitación con un trapeador y agua destilada una vez al día.
La propia sala blanca también requiere recertificación y calibración anual.
Es muy importante observar el universo con telescopios espaciales.
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Cuando se mira hacia el futuro de las salas blancas para viajes espaciales, cobran importancia mayores requisitos y costes. Un satélite de unos 5 metros de largo requiere una superficie de unos 300 metros cuadrados. El precio por metro cuadrado se basa en una tarifa de uso de varios cientos de euros al día. Esto significa que los costes de las salas blancas por sí solos consumen millones de dólares.
A la hora de afrontar estos costes, se puede observar en los proyectos comerciales que los inquilinos tienden a elegir los más baratos, es decir, salas blancas con calidades inferiores o vida útil reducida. No hay salida para la automatización, la integración satelital sigue siendo manual.
Los sistemas ópticos, en particular, aumentan los requisitos de las salas blancas. Por ejemplo, los telescopios espaciales pueden mirar cada vez más lejos en el espacio o tomar fotografías más detalladas de la Tierra. Actualmente, los seres humanos sólo pueden ver una pequeña parte de los 1.000 millones de millones de estrellas que se estima. Las observaciones más profundas del espacio requieren una tecnología más precisa. Un ejemplo de esto es el proyecto Athena de la ESA, un telescopio de rayos X cuya estructura de espejo está hecha de obleas de silicio del tamaño de millones de micras. Los satélites diminutos con una longitud lateral de sólo 10 cm también requieren una mayor calidad de sala limpia.
El Telescopio Espacial James Webb es el telescopio espacial más grande y complejo jamás construido. La NASA lo diseñó para doblarse como una flor de origami, darle forma para que se ajuste a un cohete y lanzarlo al espacio. Los cojinetes son parte de la estructura de posicionamiento que posiciona la antena y mantiene el enlace de datos entre el telescopio y la Tierra, permitiendo a los humanos ser testigos de los sorprendentes descubrimientos de Webb. La limpieza de los rodamientos y sus componentes de transmisión requiere un montaje flexible y sin costuras en salas blancas de mayor altura, por lo que es necesario rechazar el polvo en la medida de lo posible.
Cuanto más pequeño es el sistema, más sensible es al polvo. En el futuro, estos satélites se integrarán en salas blancas ISO 5 o superior. Esto se puede lograr estableciendo niveles más altos sólo en áreas limitadas para controlar o aumentar los costos.
Si los empleados incluso respiran dentro de los paneles solares, su rendimiento cae significativamente. Esto es permanente y la limpieza no cambiará esto. Los filtros de carbón activado no específicos para el aire de impulsión y circulación filtran las moléculas. Esta norma pronto se aplicará a todas las salas blancas ISO 5. También deben aplicarse normas más estrictas a la tecnología de medición. Hasta ahora, tras haber estado expuesto al muestreador durante varios días, sólo se pueden realizar análisis de seguimiento. Para eliminar la fuente inmediatamente, se requieren mediciones en tiempo real.
La basura espacial se convertirá en el mayor obstáculo frente a los hogares de las personas en la Tierra.
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La integración satelital requiere una gran cantidad de transmisiones. El eslabón más débil de la cadena determina la calidad final. Por tanto, las condiciones de transporte deben ser las mismas que las de integración. En principio, el contenedor de transporte es una sólida sala blanca móvil de clase 8, que incluye control climático. Generalmente se llena con nitrógeno seco y se presuriza con una ligera sobrepresión. El contenedor de transporte, previamente limpio, se limpia cuidadosamente en la esclusa de aire antes de que el fuselaje del satélite entre por arriba o por un lado.
El contenedor sólo se encuentra con el satélite en la esclusa principal. Los accesorios grandes, como colectores solares y antenas, se envían por separado. Cuando se transporta en un camión de plataforma, la fuerza del impacto sólo se puede transmitir mediante amortiguación. Para ello, las estructuras de soporte del contenedor y del satélite están separadas por elementos elásticos.
Los satélites se prueban en centros de pruebas con grandes salas blancas ISO Clase y Clase 8, que no están disponibles en todos los sitios de integración. Ingrese a las instalaciones de prueba desde la sala limpia central para simular presión negativa, escenarios de temperatura, vibración y otras condiciones espaciales.
En el "vibrador", el satélite vibra de la misma forma que cuando fue lanzado. Si un componente se rompe durante este proceso, las piezas de montaje se pueden reforzar o rediseñar y dimensionar a tiempo. Para evitar aumentar innecesariamente los requisitos de calidad de la sala blanca, se incluyen subsistemas sensibles. Después de una prueba exitosa, el satélite suele ser enviado directamente al lugar de lanzamiento en un avión de carga. Los contenedores de envío utilizados para el transporte aéreo deben cumplir con los requisitos de la IATA (Asociación Internacional de Transporte Aéreo).
El lugar de lanzamiento también debe mantener la calidad de la sala limpia. El satélite se ensamblará en una sala limpia dentro de una bahía de carga útil cerrada separada. La ventaja de separar la cápsula integrada del espacio del cohete se adquiere con adaptadores adicionales.
Otra posibilidad es montar el satélite directamente en el soporte. En este caso, la interfaz entre el vehículo y la carga útil se extiende horizontalmente hasta la sala blanca, donde se coloca el satélite y se conecta con el anillo de sujeción. Antes de cerrar el casco (carenado), se comprobará si el "polizón" ha entrado tranquilamente. Cuando el proyectil es expulsado a una altitud de 100 km, la atmósfera se vuelve muy delgada y ya no existe el riesgo de ser "contrabandeado" por contaminantes atmosféricos.
Aunque la humanidad se esfuerza por enviar mensajeros al cielo en estado limpio, ha ignorado los satélites que se encuentran en el otro extremo del ciclo de vida: la basura espacial. El modelo MASTER-2005 de la ESA supone que hay más de 600.000 objetos en órbita alrededor de la Tierra con un diámetro superior a 10 mm. Otras simulaciones estiman 654,38+500 millones de objetos de tamaño milimétrico. A medida que se acercaban a la nave espacial, se requirieron maniobras evasivas y la Estación Espacial Internacional se vio obligada a realizar correcciones de rumbo de vez en cuando. Los países con capacidades espaciales todavía tienen mucho trabajo por delante si quieren limpiar la basura en la órbita de la Tierra.
Si los humanos logran limpiar los desechos espaciales que se encuentran a sus puertas, será un testimonio de sus esfuerzos a largo plazo para colonizar el sistema solar y, desde aquí, podrán continuar conquistando y colonizando nuevos planetas. mundos en el futuro.
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