¡No hay viajes espaciales sin habitaciones limpias! ¿Cómo logra una sonda espacial atravesar la última línea de defensa?
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El 16 de septiembre, SpaceX, la empresa privada de tecnología de exploración espacial del jefe de Tesla, Musk, 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 servicio de cadena completa, desde vehículos de lanzamiento hasta naves espaciales tripuladas, y pueden abrir el mercado en cualquier momento. para el turismo espacial comercial.
El éxito de empresas emergentes como SpaceX ha marcado no sólo a las agencias espaciales nacionales de las principales potencias espaciales como Europa, Estados Unidos y China, sino también a empresas privadas. Lo interesante: 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 habla sobre cómo estos sectores de salas blancas trabajan juntos. > Según las predicciones de 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. Muchos científicos, ingenieros, proveedores y proveedores de servicios harán fortunas con este crecimiento sin precedentes. Los técnicos de salas, que son la última línea de defensa para las naves espaciales, también se beneficiarán enormemente, porque casi todos los involucrados en los viajes espaciales realizan el mismo trabajo: las salas blancas y su tecnología limpia p>
La tecnología de salas blancas es la última línea de defensa para las naves espaciales. aviación
Maximizar la confiabilidad y reducir la tasa de fallas
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En los viajes espaciales, los fracasos de las misiones a menudo se deben a errores en los detalles cuando la Agencia Espacial Europea. (ESA) El Ariane 4 fue lanzado en 1990, un fallo en la tubería provocó dos arranques en falso en 1994, porque la suciedad desactivó la bomba de la turbina. Esto no solo le sucede a la ESA que reparó los defectos de fabricación del Hubble cinco veces porque el espejo principal estaba dañado. El terreno era unas micras demasiado plano, pero se descubrió demasiado tarde porque el satélite ya había sido lanzado al espacio. Debe mantener su funcionalidad al 100% mientras está en órbita para garantizar décadas de servicio, las reparaciones y la limpieza suelen ser imposibles. /p>
Los ingenieros se dieron cuenta a través del análisis de errores posteriores al accidente. El dolor y el alto costo de las misiones fallidas hacen que los ingenieros continúen acumulando experiencia y desarrollando continuamente salas limpias y sus tecnologías. Después de todo, este tipo de trabajo refinado está estrechamente relacionado. la seguridad y confiabilidad de los viajes espaciales.
La fabricación aeroespacial es la frontera de la fabricación de precisión, y las piezas deben mantener una limpieza estricta porque la óptica sucia, las juntas de soldadura sucias y los rodamientos sucios son puntos débiles que deben evitarse. Antes del lanzamiento, los rovers, telescopios espaciales y más se alojan en salas limpias para evitar daños a estas preciosas cargas útiles. Los satélites se crean a lo largo de una larga cadena de salas blancas. Esto incluye todo, desde la producción e integración de componentes hasta el transporte, los sitios de lanzamiento y el espacio, todo ello estrechamente relacionado con la tecnología de sala limpia.
La NASA mantiene muchas salas limpias en todo el país entre la fabricación en todas sus instalaciones de vuelos espaciales, incluidas las instalaciones de sus socios académicos y comerciales. Estas salas blancas ayudan a mantener los componentes críticos del vuelo listos para la misión y protegidos de contaminantes dañinos como polvo, bacterias, cabello, partículas contaminantes del aire, etc. que pueden dañar los instrumentos sensibles de los vehículos aeroespaciales multimillonarios en la máquina.
A medida que las funciones de control y seguimiento de aviones y cohetes se vuelven más precisas, aumenta la necesidad de precisión en la producción.
Por lo tanto, el mayor desarrollo de la tecnología de salas blancas proporciona una fuerte garantía para la industria aeroespacial: maximizar la confiabilidad, es decir, reducir la tasa de fallas de los lanzadores y las cargas útiles, es una contribución importante de las salas blancas actuales a los viajes espaciales.
Integración y coordinación del departamento de salas limpias
Minimizar los contaminantes
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NASA y otras agencias Existen pautas estrictas para los niveles de contaminación permitidos de productos espaciales. Los contaminantes ambientales como el polvo, las huellas dactilares, las partículas, los vapores, los microorganismos y las bacterias son consideraciones importantes en el desarrollo de instrumentos y componentes espaciales. Estas partículas de polvo o huellas dactilares perdidas pueden dañar o inutilizar los instrumentos científicos.
Los estándares de salas limpias están regulados a nivel federal e internacional y designados por clase, lo que es una indicación del tamaño y la cantidad de partículas permitidas por unidad de volumen. Organización Internacional de Normalización de Estándares:
Según su designación de clase, las salas blancas cuentan con sistemas y características 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 especial para los trabajadores, incluidos monos, cubrezapatos, máscaras, guantes, redecillas para el cabello y gafas protectoras. El equipo dentro de la sala limpia también se controla para que no produzca aire ni contaminación por partículas.
Uno de los retos en el desarrollo de naves espaciales es el espacio necesario para maniobrar 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 y una sala limpia donde el personal usa ropa limpia.
Las salas limpias de equipos aeroespaciales diseñadas cuantitativamente tienen requisitos extremos para 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. El MFS consta de una unidad de suministro de aire HEPA, una unidad de aire de retorno (HEPA o no HEPA) y una pared ESD lateral completa. Dado que la unidad filtra aire limpio dentro de la sala limpia, el área estándar ISO 8 (Clase 100.000) permanecerá por debajo de ISO 7 (Clase 10.000). El objetivo principal es lograr una velocidad de flujo laminar continuo de 90/- 30 pies/min. Mantiene las partículas en movimiento dentro de un área en todo el espacio, con enjambres de partículas por debajo de ISO 7 (nivel 10,000) para la actividad. El diseño logra esto a través de un acceso al techo completamente abierto y permite un diseño modular para adaptarse a los requisitos cambiantes y la ubicación de los equipos. El diseño de las paredes laterales depende de los requisitos específicos del cliente o de los puntos de entrada del personal.
Los detectores que aterrizan en otros cuerpos celestes tienen los requisitos de pureza más altos. Deben estar libres tanto de partículas como de 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: cada Estado parte debería evitar la contaminación dañina al realizar investigaciones y exploración del espacio ultraterrestre (incluida la Luna y otros cuerpos celestes). Para ello, las luces ultravioleta pueden matar las bacterias del aire durante las pausas en el trabajo de la nave espacial. Los componentes se irradian radiactivamente, se gasean con cloro o se calientan por encima de 140 C. Se aplican medidas de esterilización hasta que se alcanza un límite inferior de recuentos bacterianos. No es posible una integración aséptica completa. Por este motivo, es inevitable una desinfección completa de la unidad de aterrizaje.
Todas las habitaciones limpias premium tienen aire acondicionado. Su temperatura suele ser de 22 C (/-3 C) y la humedad relativa es de 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. Los equipos ESD incluyen ropa, zapatos y guantes disipativos, todos adecuados para la protección contra voltajes superiores a 100 voltios.
El vapor durante el funcionamiento debe eliminarse a través del sistema de ventilación. El flujo de desplazamiento vertical de baja turbulencia desde el techo al piso es el enfoque ideal. Otra posibilidad es el flujo horizontal: la superficie de descarga consta de una rejilla con muchas unidades de filtro-ventilador con ventiladores y filtros terminales. La superficie de un banco de trabajo suele estar perforada para permitir que el aire fluya sin crear turbulencias molestas. Los empleados ingresan a la sala limpia ISO 5 a través de un sistema de esclusa de aire con una clasificación de sala limpia ISO 7/8, donde ajustan su ropa a los requisitos más altos.
En las salas blancas de Clase 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. Limpiar con un cepillo suave lleva tiempo y puede rayar el revestimiento. Después del lavado, pueden quedar rayas. Por tanto, la prioridad es evitar al máximo toda contaminación. Por tanto, la silicona no debe utilizarse en salas blancas. La silicona se evaporará durante 20 años, liberando las moléculas.
Otras características del equipo incluyen grúas especialmente equipadas con transmisiones encapsuladas 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, ya que liberan de 1 a 30 millones de partículas de más de 0,3 µm cada minuto. (Para artículos relacionados, lea "Control y control de la" mayor "fuente de contaminación | Gestión precisa del personal de salas limpias basada en un sistema de identificación con tecnología RFID"). Por lo tanto, las personas que trabajan en áreas limpias usan ropa protectora especial. Estos protegen a los productos más que a las personas. Por lo tanto, son obligatorios las batas o monos para salas blancas, los zapatos y los sombreros para salas blancas, al igual que las vendas para la barba para los usuarios con barba. Cualquier persona que opere una aeronave debe usar guantes. Los componentes 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 asentarse en áreas tranquilas del suelo o de la superficie. Es imprescindible trapear la habitación con un trapeador y agua destilada una vez al día.
También es obligatorio que la propia sala blanca se someta a una recertificación y calibración anual.
Fundamental para que los telescopios espaciales observen el universo
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Cuando se mira hacia el futuro de las salas limpias para los viajes espaciales, cobran gran importancia las exigencias y los costes. La integración de un satélite de unos 5 m de largo requiere unos 300 metros cuadrados. El precio por metro cuadrado se basa en gastos de uso de varios cientos de euros al día. Esto significa que sólo los costes de las salas blancas han consumido millones de dólares.
A la hora de afrontar estos costes, en los proyectos comerciales se puede observar que los inquilinos tienden a elegir habitaciones más baratas, es decir, calidades de sala limpia demasiado bajas o una vida útil reducida. Con la automatización no hay salida, la integración de satélites sigue siendo una tarea manual.
Los sistemas ópticos, en particular, aumentan los requisitos de las salas blancas. Como telescopios espaciales que pueden mirar cada vez más lejos en el espacio o tomar fotografías más detalladas de la Tierra. Actualmente, los humanos sólo pueden ver una fracción de los 100 mil millones de estrellas estimados, y mirar más profundamente en el espacio requiere 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 millones de obleas de silicio del tamaño de una micra. Los microsatélites con una longitud de borde de sólo 10 centímetros también requieren una mayor calidad de sala blanca.
El Telescopio Espacial James Webb es el telescopio espacial más grande y complejo jamás construido, y la NASA lo diseñó para plegarse como una flor de origami para que cupiera en un cohete, que luego lo lanzaría 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 los componentes de sus sistemas de transmisión requiere un montaje flexible y sin costuras en una sala limpia más alta, lo que requiere la menor cantidad de polvo posible.
Cuanto más miniaturizados son los sistemas, más sensibles son al polvo. En el futuro, estos satélites deberán integrarse en salas blancas de clase ISO 5 o superior. Esto se puede lograr estableciendo niveles más altos sólo en áreas limitadas para controlar o agregar más costos.
Si los empleados incluso respiran sobre los paneles solares, el rendimiento se reducirá significativamente. Esto es permanente y la limpieza no cambiará esto. Las moléculas se pueden filtrar con filtros de carbón activado no específicos para el aire de impulsión y circulación. La norma pronto se aplicará a todas las salas blancas ISO Clase 5. También se deben aplicar normas más estrictas a la tecnología de medición. Hasta ahora, sólo se podían realizar análisis de seguimiento días después de la exposición al muestreador. Para eliminar la fuente inmediatamente, se requieren mediciones en tiempo real.
La basura espacial se convertirá en el mayor obstáculo a las puertas de los humanos en la Tierra
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La integración satelital requiere muchas 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. El contenedor de transporte es, en principio, una robusta sala blanca móvil de clase 8 que incluye control climático. Generalmente se llena con nitrógeno seco y se presuriza bajo una ligera sobrepresión. El contenedor de transporte, previamente limpio, se somete a una limpieza minuciosa 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. En el transporte con camión plataforma los golpes sólo se pueden transmitir de forma amortiguada. 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 limpias ISO Clase 7 y 8, que no están disponibles en todos los sitios de integración. El acceso a las instalaciones de pruebas se realiza desde una sala limpia central, donde se simulan condiciones espaciales como presión negativa, escenarios de temperatura y vibración.
En el "vibrador", el satélite vibra de la misma forma que cuando fue lanzado. Si un componente se rompe durante este proceso, el soporte se puede reforzar o rediseñar y dimensionar a tiempo. Para evitar aumentar innecesariamente los requisitos de calidad de la sala blanca, se cubren subsistemas sensibles. Después de una prueba exitosa, el satélite suele ser llevado 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).
Los sitios de lanzamiento también deben mantener la calidad de la sala limpia. El satélite se ensamblará en una sala limpia en un compartimento de carga útil cerrado e independiente. La ventaja de la separación integrada del espacio entre la cámara y el cohete se adquiere con adaptadores adicionales. Otra posibilidad es montar el satélite directamente en el soporte. En este caso, la interfaz portadora-carga útil se extiende horizontalmente hasta la sala blanca, donde se coloca el satélite y se conecta al anillo de sujeción. Antes de cerrar la capota se comprueba si se ha colado algún "polizón". Cuando la capa exterior es arrastrada a una altitud de 100 kilómetros, la atmósfera se vuelve muy delgada y ya no existe el riesgo de ser "contrabandeado" por contaminantes atmosféricos.
A pesar de los esfuerzos de la humanidad por enviar mensajeros al cielo en estado limpio, ha descuidado los satélites que se encuentran en el otro extremo de su ciclo de vida: la basura espacial. El modelo MASTER-2005 de la ESA supone que hay más de 600.000 objetos de más de 10 milímetros de diámetro orbitando alrededor de la Tierra. Otras simulaciones estiman que hay 150 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 corregir su rumbo de vez en cuando. Si las naciones espaciales quieren limpiar esta basura en la órbita terrestre, todavía les queda mucho trabajo por delante.
Si los humanos eliminan con éxito la basura espacial que llega a sus puertas, demostrará sus esfuerzos a largo plazo por establecerse en el sistema solar, para comenzar desde aquí y tal vez continuar conquistando y colonizando nuevos mundos planetarios. en el futuro.
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