Thermo-vacuum test chamber development for heat switch testing in simulated Martian conditions

Abstract

In the fall of 2014 the Institute of Aerospace Engineering had been awarded by contract to perform Miniaturized Heat Switch testing. The Miniaturized Heat Switch was the unique technology developed by Italian company Aero Sekur for European Space Agency's missions to Mars. The aim of the project was to develop an innovative but simple experimental thermo-vacuum test chamber to simulate Martian atmospheric conditions. Conditions such as vacuum of 50 Pa absolute, temperatures in the range from -125 degrees C to + 60 C and pure CO2 environment of 1000 Pa absolute. The vacuum tightness of the chamber, deep cooling of the specimen under vacuum environment, thermal insulations or heat transfer paths had to be precisely considered. Important decision was to use the liquid nitrogen as the most appropriate cooling medium and copper rods for heat transfer outside the chamber. Later, elementary calibration vacuum-tightness test of the facility showed that the pressure increased from initial value of 220 Pa absolute to 450 Pa absolute within 16.5 hours and thus proved excellent chamber design. Therefore in the future, the test chamber modular design can be easily modified to allow testing of other space equipment in different simulated conditions.

Na podzim roku 2014 získal Letecký ústav VUT v Brně kontrakt na provedení kvalifikačních zkoušek miniaturizovaného tepelného spínače. Miniaturní přepínač je unikátní technologie, kterou vyvinula italská společnost Aero Sekur pro misi na Mars. Cílem projektu bylo vyvinout inovativní, ale jednoduchou experimentální teplotní vakuovou komoru pro simulaci atmosférických podmínek Marsu. Podmínky jako je vakuum o absolutní hodnotě 50 Pa, teploty v rozmezí -125 °C až +60 °C a prostředí CO2 o absolutním tlaku 1000 Pa. Při návrhu hrály zásadní roli: vakuová těsnost komory, dosažení velmi nízkých teplot ve vakuu, tepelné izolace nebo efektivnost přenosu tepla. Důležitým rozhodnutím při návrhu bylo použití tekutého dusíku jako nejvhodnějšího chladicího média a měděných tyčí pro přenos tepla vně komory. Kalibrační zkoušky vakuové těsnosti později ukázaly, že tlak vzrostl z výchozí hodnoty 220 Pa na hodnotu 450 Pa během 16,5 hodin a prokázaly tak skvělý návrh zařízení. V budoucnu může být modulární konstrukce zkušební komory snadno modifikována tak, aby umožňovala zkoušení jiného kosmického vybavení v různých simulovaných podmínkách.