宇宙電力施設

宇宙電力施設( SPF ) は、模擬打ち上げおよび宇宙飛行条件下で宇宙飛行ハードウェアをテストするために使用されるNASA の施設です。SPF は NASA のニール A. アームストロング試験施設の一部であり、この施設はグレン研究センターの一部です。ニール A. アームストロング試験施設と SPF は、オハイオ州サンダスキー(オハイオ州エリー郡オックスフォード タウンシップ)の近くにあります。

SPF は、宇宙船の打ち上げ環境だけでなく、宇宙空間内の環境もシミュレートできます。NASA は、輸送の問題を最小限に抑えながら宇宙飛行ハードウェアのテストを最適化するために、これらの機能を 1 つの施設で開発しました。Space Power Facility は、有人宇宙飛行用の飛行ハードウェアを認定するための「ワンストップ ショップ」となっています。この施設では、次の環境テストを実行することができます。

• 熱真空試験
• 残響音響試験
• 機械振動試験
• モーダルテスト
• 電磁干渉および互換性テスト

これは、1969 年にNASAによって構築された真空チャンバーです。高さ 122 フィート (37 メートル)、直径 100 フィート (30 メートル) で、弾丸の形をした空間を囲んでいます。これは世界最大の熱真空チャンバーです。当初は真空状態での原子力発電の研究のために運用が開始されましたが、後に廃止されました。その後、宇宙船の推進システムのテストに使用するために再運用されました。最近の使用例としては、火星の大気条件をシミュレートした状態で、マーズ パスファインダーや火星探査ローバーのスピリットとオポチュニティのエアバッグ着陸システムをテストすることなどがあります。

この施設は、低軌道環境をシミュレートして、核および非核宇宙ハードウェアの両方をテストするように設計および構築されました。この施設は核ハードウェアのテスト用に設計されましたが、その歴史を通じて非核テストのみが実行されました。施設で実行されるテストプログラムには、高エネルギー実験、ロケットフェアリング分離テスト、火星着陸船システムテスト、展開式ソーラーセイルテスト、および国際宇宙ステーションハードウェアテストが含まれます。施設は高真空 (10 ⁻⁶ torr、130 μPa) を維持でき、 4 MW 石英熱ランプアレイによる太陽放射、400 kW アークランプによる太陽スペクトル、および可変形状 極低温コールドシュラウドによる寒冷環境 (-320 °F (-195.6 °C)) をシミュレートできます。

この施設は、政府、大学、民間部門に対して全額払い戻しベースで利用可能です。

アルミニウム試験室は、直径 100 フィート (30 m)、高さ 122 フィート (37 m) の真空密閉アルミニウム板容器です。外部圧力 2.5 psi (17 kPa)、内部圧力 5 psi (34 kPa) 用に設計されたこの試験室は、耐腐食性のために内面を 1 ⁄ 8 インチ (3.2 mm) 厚のタイプ 3003アルミニウムで覆ったタイプ 5083 アルミニウムで作られています。この材料が選ばれたのは、中性子吸収断面積 が低いためです。床板と垂直シェルは 1 インチ (25 mm) (合計) の厚さで、ドームシェルは1 インチ(25 mm) の厚さです。+3 ⁄ 8 インチ (35 mm)。 外面には、深さ 3 フィート (0.9 m)、幅 2 フィート (0.6 m) のアルミニウム構造 T セクション メンバーが円周方向に溶接されています。 テスト チャンバーのドアは 50 x 50 フィート (15 x 15 m) の大きさで、漏れを防ぐために二重ドア シールが付いています。 チャンバーの床は 300 トンの荷重に耐えられるように設計されています。

コンクリート製のチャンバーの囲いは、放射線遮蔽物としてだけでなく、大気圧に対する主要な真空バリアとしても機能します。直径 130 フィート (40 m)、高さ 150 フィート (46 m) のチャンバーは、チャンバー内で真空状態が発生しているときにチャンバー外の大気圧に耐えられるように設計されています。コンクリートの厚さは 6 フィートから 8 フィート (1.8 m から 2.4 m) で、内部には漏れのない鋼鉄製の封じ込めバリアが埋め込まれています。チャンバーのドアは 50 フィート x 50 フィート (15 m x 15 m) で、膨張式シールが付いています。コンクリート製の囲いとアルミニウム製のテスト チャンバーの間の空間は、テスト中に 20 トル (2.7 kPa) の圧力までポンプで減圧されます。

• 
  宇宙発電施設の内部
• 
  宇宙電力施設のケンタウルス標準シュラウド
• 
  NASAのSPF熱真空チャンバースカベンジャープレート
• 
  NASA の SPF 熱真空チャンバー VacCryo ポンプ (環状地下室から見たところ)
• 
  NASAのSPF熱真空チャンバーターボ分​​子ポンプ

BBCのヒューマン・ユニバースのブライアン・コックスは、宇宙発電施設で岩と羽根を落とすエピソードを撮影した。^[1]

宇宙空間での車両や機器の適格性試験用の大規模な熱真空試験室として特別に設計されたSPFの内部アルミニウム真空室のユニークな構造により、非常に大きく電気的に複雑なマイクロ波または無線周波数空洞でありながら、優れた反響電磁気特性を備えていることが2000年代後半に判明しました。2009年にこれらの特性は米国国立標準技術研究所などによって測定され^[2]、その後、この施設は世界最大の真空室であるだけでなく、世界最大のEMI/EMC試験施設でもあることが分かりました。2011年にグレン研究センターは、IEC 61000-4-21の方法論を使用してアルミニウム真空室の校正を成功させました^[3]。^[4]これらの活動の結果、SPFはMIL-STD-461に従って車両および機器の放射感受性EMI試験を実行でき、約80MHzを超えるMIL-STD-461Fの制限を達成できます。 2017 年春、2009 年と 2011 年に実施された低電力特性評価と較正は、チャンバーの機能を検証するためにチャンバー内で実施された一連の高電力テストで正しいことが証明されました。SPF チャンバーは現在、NASA のオリオン宇宙船のアルテミス 1の乗組員モジュールの EMI 放射感受性テストのために準備されています。

• 
  熱真空チャンバー内のEMIモードスターラー
• 
  熱真空チャンバーへのEMI機器の設置

残響音響試験施設には、宇宙船の打ち上げ時や超音速上昇時に発生する高騒音レベルをシミュレートする窒素駆動ホーンが 36 個設置されています。RATF は、101,500 立方フィート (2,870 m ³ ) のチャンバー内で 163 dB の総合音圧レベルを実現できます。

• 
  SpaceX Falcon 9 フェアリングは、NASA (RATF) を利用した最初のテスト品でした。
• 
  残響音響試験施設
• 
  RATF の 25 Hz ホーンの前に立つラリー・オッパー
• 
  NASA 宇宙電力施設の振動音響制御室

機械振動試験設備 (MVF) は 3 軸振動システムです。地球打ち上げ推力軸 (X) と平行な 1 方向の 3 つの直交軸それぞれに (同時にではなく) 垂直方向に 5～150 Hz、0～1.25 g-pk、水平方向に 5～150 Hz、0～1.0 g-pk の振動を加えます。

垂直方向、つまり推力軸の振動は、TEAM Corporation ^[5]製の16個の垂直アクチュエータを使用して行われます。各アクチュエータは30,000 lbf (130 kN) の力を発揮します。16個の垂直アクチュエータにより、前述の周波数と振幅の制限で最大75,000 lb (34,000 kg) の物体をテストできます。

水平方向の振動は、TEAM Corporation の水平アクチュエータ 4 台によって実現されます。水平アクチュエータは、垂直テスト中に交差軸力と転倒モーメントに対抗するために使用されます。

• 
  テーブルを設置した機械振動設備
• 
  制御加速度計の設置
• 
  MVF 用の 16 個の垂直アクチュエータと球面カップリング アセンブリの 1 つ
• 
  垂直アクチュエータ
• 
  機械振動施設向けTEAM水平アクチュエータ

正弦波振動テーブルに加えて、直径 20 フィート (6.1 m) の試験対象物に十分な固定ベース モーダル フロアも用意されています。固定ベース モーダル テスト設備は、19 フィート (5.8 m) のコンクリートの上に 6 インチ (150 mm) の厚さの鋼鉄製フロアがあり、50 フィート (15 m) の深さの張力のある岩石アンカーを使用して地面に固定されています。

固定式モーダル試験施設と機械振動試験施設の建設には、21,000,000ポンド（9,500トン）を超える岩石アンカーと、6,000,000ポンド（2,700トン）のコンクリートが使用されました。

• 
  モーダル試験設備は、19 フィート (5.8 m) のコンクリートの上に 6 インチ (150 mm) の鋼板を載せたもので、長さ 50 フィート (15 m) の張力のある岩石アンカーを使用して頁岩に固定されています。
• 
  機械振動設備のテーブル - モーダルテスト（自由-自由）
• 
  振動試験品 - モーダル試験

SPF レイアウトは、複数のテスト プログラムを実行するのに最適です。施設には、真空チャンバーの両側に隣接する 2 つの大きなハイ ベイ エリアがあります。両方のエリアを利用できる利点は、2 つの複雑なテストを同時に準備できることです。1 つのテストをハイ ベイで準備しながら、もう 1 つのテストを真空チャンバーで実行できます。大きなチャンバー ドアにより、どちらのハイ ベイからもテスト チャンバーにアクセスできます。

ウィキメディア・コモンズには、宇宙環境複合体に関連するメディアがあります。

• ニール・アームストロング試験施設 - NASA 公式ウェブサイト
• プラムブルック宇宙発電施設のスカイラブシュラウド
• NASA画像ギャラリー、SPF特集
• 施設の詳細な機能
• 「宇宙電力施設建設」YouTubeにて