La nau espacial doble de la missió Proba-3 de l’ESA es convertirà en els objectes controlats amb més precisió a l’espai, mantenint una distància fixa entre si fins a una precisió mil·limètrica. Una sala neta de l’ESA es va convertir en una sala de miralls per provar el sistema de mesura basat en làser que mantindrà la parella en posició durant hores alhora.
“A causa del llançament el 2024, Proba-3 és la missió de vol de formació de precisió de l’ESA”, comenta Damien Galano, director del projecte Proba-3 de l’ESA. “En mantenir la seva posició relativa entre si durant un màxim de sis hores per òrbita a una distància nominal de 144 m, la nau espacial ‘Occulter’ projectarà una ombra sobre la seva contrapart ‘Coronagraph’ per formar un eclipsi solar artificial a l’espai, de manera que el La feble atmosfera exterior o corona del Sol es pot estudiar lliurement.
“Però el parell de satèl·lits ho requereix un sofisticat sistema de metrologia per mantenir-los en posició, i necessitàvem provar el maquinari de vol de l’element més precís d’aquest sistema polifacètic, el sistema de ‘metrologia òptica fina’ basat en làser”.
El projecte va sol·licitar el suport de la Laboratori de Metrologia de les ESA Centre de proves ESTEC als Països Baixos, part de la instal·lació de proves de satèl·lits més gran d’Europa, operada per l’Agència per Serveis europeus de proves. Ramon Vink del Laboratori explica: “El nostre repte era trobar una sala blanca prou llarga per abastar tota la gamma de distàncies que implica el làser i el seu retroreflector, fins a 250 m de distància”.
L’equip es va instal·lar en la sala neta Vacuum Test Chamber-1.5, afegeix Steven Sablerolle, del Laboratori de Metrologia: “A 60 m de llarg, la sala neta VTC-15 era massa petita, així que, en canvi, van instal·lar una sèrie de miralls plegables que podien rebotar el raig làser. al voltant de la cambra per travessar tota la distància necessària”.
Jorg Versluys, enginyer de sistemes Proba-3, diu: “El laboratori de metrologia del centre de proves ens va ajudar a alinear i mapejar amb precisió les posicions dels miralls, utilitzant els seus propis rastrejadors làser. La campanya de prova va durar unes sis setmanes, sobretot durant la nit per minimitzar les pertorbacions no desitjades de la resta del lloc ocupat; fins i tot un camió que passa per la carretera pot aparèixer als nostres resultats. Aquesta prova va marcar la primera vegada que les diferents parts d’aquest sistema de metrologia òptica fina es van operar juntes, però els resultats estaven en línia amb els nostres models anteriors”.
Per a les proves, el capçal òptic generador de làser de Proba-3 es va integrar al banc òptic de la missió i després es va col·locar sobre una taula de granit per obtenir la màxima estabilitat. El làser es va il·luminar sobre un retroreflector làser, que és un tipus especial de mirall, semblant als “ulls de gat” reflectants d’una autopista, que posseeix una reflectivitat interna acuradament dissenyada per rebotar la llum làser en la mateixa direcció exacta de la qual ha vingut. .
A continuació, un díode fotogràfic al capçal òptic reconeix la llum làser reflectida per calcular el nombre d’oscil·lacions d’ona que la llum ha pres per recuperar-se, per obtenir el seu temps de viatge precís i, per tant, la distància entre els dos satèl·lits. Un segon detector, una matriu 2D, adquireix la posició lateral del raig làser reflectit per identificar el desplaçament lateral del retroreflector respecte al capçal òptic.
Aquest és el més precís dels múltiples mètodes de metrologia emprats pels dos satèl·lits Proba-3, cadascun al voltant d’un metre cúbic d’escala. Un enllaç de ràdio continu entre satèl·lits es complementa amb receptors del sistema global de navegació per satèl·lit. Quan els satèl·lits es separen a menys de 250 m, les càmeres de la nau espacial Occulter faran imatges i detectaran els LED muntats a la nau espacial Coronagraph. A continuació, el sistema basat en làser s’utilitzarà per mantenir l’alineació precisa dels satèl·lits.
“Les nostres proves ens van permetre mapejar com respon el sistema de metrologia quan l’objectiu es mou lleugerament cap amunt o cap avall o d’un costat a l’altre”, afegeix Jorg. “Així que hem acabat amb una base de dades completa del moviment de les dues unitats fins a píxels per escala mil·límetre que podem utilitzar de veritat quan arribem a l’espai”.
El làser de Proba-3 funciona a una longitud d’ona infraroja, invisible a simple vista. Per tant, aquesta fotografia es va adquirir en realitat com una llarga exposició en infrarojos, amb el recorregut del feix traçat gradualment amb un full de paper blanc. El feix que es veu a la foto és on el paper dispersa la llum infraroja del raig làser.
La metrologia làser de Proba-3 ha estat desenvolupada per un consorci d’empreses europees: MDA al Regne Unit, Enginyeria Micos a Suïssa i AMOS a Bèlgica, amb SENER Aeroespacial com a contractista principal.
