Nowoczesne laboratorium amerykańskiego Southwest Research Institute (SwRI) pomaga naukowcom w szybszej i pewniejszej kalibracji, testowaniu i konstruowaniu instrumentów które później pracują w przestrzeni kosmicznej. Zapraszamy do środka 🙂
„To laboratorium jest bez wątpienia jednym z najlepszych na świecie przeznaczonym do prac kalibracyjnych i konstrukcyjnych” – mówi dr David McComas, dyrektor wykonawczy Działu Nauk Kosmicznych i Inżynierii w SwRI. – „Poza tym że pozwala nam konstruować własne instrumenty, z chęcią nawiążemy współpracę z innymi grupami potrzebującymi dostępu do tego typu światowej klasy sprzętu„.
Czteroosiowy, sterowany komputerowo system pozycjonowania zlokalizowany wewnątrz wysokiej klasy komory próżniowej oraz sterowalny pod kątem energii i mas strumień jonów bądź atomów neutralnych pozwala badaczom określić reakcję ich instrumentów na cząsteczki. Różnorodność cząsteczek zbieranych później przez instrument na orbicie ze wszystkich kierunków Wszechświata wymusza sprawdzenie jego działania pod kątem odbierania takich właśnie wiązek, różnorodnych pod względem kierunku, rodzaju jonów i atomów, energii, mas i natężeń. Otrzymane w rezultacie dane pozwalają później naukowcom określić kierunek i rozmieszczenie cząstek w przestrzeni kosmicznej.
Dwie kriogeniczne pompy o przepustowości 3000 litrów na sekundę wytwarzają w głównej komorze w ciągu zaledwie kilku godzin 10-8 Torrową próżnię. Uzyskanie tych samych warunków może zabrać w innych laboratoriach kalibracyjnych kilka dni, a niektóre nigdy nie osiągają tak niskich ciśnień. To usprawnienie pozwoli badaczom ustawiać instrumenty z bezprecedensową prędkością.
„Możemy wykonać testy rano, naruszyć próżnię w celu zmodyfikowania instrumentów w południe i testować przy 10-8 Torrach następnego ranka” – mówi McComas.
Instrumenty wykorzystywane w lotach kosmicznych, które mierzą jony i neutralne cząstki, na przykład te konstruowane w celu badań magnetosfery i heliosfery, mogą być testowane i ulepszane przy pomocy laboratorium. Badacze z SwRI używają obecnie laboratorium do zaprojektowania nowatorskiego rozszerzenia jonowego spektrometru masowego dla proponowanej misji MMS (Magnetospheric Multi-Scale). Laboratorium było już wykorzystywane do skalibrowania pierwszego instrumentu TWINS (Two Wide-angle Imaging Neutral-atom Spectrometers), które mają zostać wyniesione w 2003 roku.
„Rozwiązaliśmy wiele problemów podczas kalibracji TWINS i nie mamy zmartwień, jeśli chodzi o laboratorium” – mówi McComas. – „Kontrastuje to z faktem, że w naszym starym laboratorium nękały nas liczne problemy. Obecnie otrzymujemy więcej danych w ciągu dnia, niż wcześniej zbieraliśmy podczas tygodnia„.
Laboratorium jest zarówno niezawodne, jak i łatwe w obsłudze. Bezpieczeństwo jest zapewniane przez wewnętrzne blokady chroniące instrumenty naukowe podczas testów i konstrukcji. Funkcje kontrolne są dopuszczalne jedynie wtedy, kiedy są bezpieczne i właściwe. W zespołach naukowych często pracujących 24 godziny na dobę w celu skalibrowania i dostrojenia instrumentów, błędy popełniane we wczesnych godzinach porannych są powszechne. Blokady systemowe zapobiegają takim wpadkom.
„Możesz wcisnąć przycisk otwierający zawór wentylacyjny, ale jeśli nie miał być on otwarty podczas pracy pompy, system nie pozwoli ci tego zrobić” – mówi McComas.
Monitory umożliwiają wizualizację danych z instrumentu i analizę podczas testowania i obserwacji wiązek cząstek. Programiści SwRI zaprojektowali oprogramowanie pozwalające na zindywidualizowaną obsługę i analizę.
Komora SwRI jest całkowicie wolna od smarów i olejów. Laboratorium kalibracyjne pompujące olej pozostawiają pewne ilości zanieczyszczeń w pomieszczeniu. W komorze SwRI regularnie dokonywana jest analiza zanieczyszczeń w celu upewnienia się o bezpieczeństwie instrumentów. Na przykład kompleksy węglowodorowe mogą spowodować nienaprawialne uszkodzenia i znacznie skrócić czas życia instrumentu.
Dodatkowo laboratorium jest zaprojektowane w ten sposób, by drzwi do komory próżniowej prowadziły z tzw. „clean roomu”, podczas gdy składniki systemu próżniowego są umiejscowione poza tym pokojem. Umożliwia to technikom regulację z jednoczesnym zachowaniem integralności czystego środowiska.
Członkowie zespołu z całego świata mogą ponadto obserwować przebieg testów w czasie rzeczywistym poprzez korzystanie z z odpowiedniego serwera.
SwRI pokryło koszta budowy laboratorium. W przyszlości system będzie modyfikowany w celu rozszerzenia górnego pasma osiągalnych energi z 30 do 50 kilowoltów i prawdopodobnie równiez przystosowany do emisji elektronów.
SwRI jest niezależną, niedochodową organizacją prowadzącą badania w San Antonio w Texas. Zatrudnia ponad 2700 pracowników i przeznacza na badania blisko 319 milionów dolarów.
