Se avete già avuto la fortuna di assistere ad un lancio, avrete notato il rumore assordante generato dal razzo, anche se siete a parecchi chilometri dalla zona di lancio. Immaginate allora il trauma subito da un satellite situato all'interno del lanciatore, dal decollo del razzo alla fase di separazione dal lanciatore! Per resistere all'inquinamento acustico, alle vibrazioni e agli elevatissimi scarti di temperatura subiti da un satellite in orbita, ma soprattutto durante la sua fase di lancio, è quindi importante che questi veicoli spaziali vengano sottoposti a numerosi test prima del lancio. È quel che facciamo con i nostri satelliti, nelle camere pulite di Thales Alenia Space. Oggi vi parliamo di questi test effettuati in ambiente acustico.
DFAN: un nuovo approccio per i test acustici
Thales Alenia Space ha effettuato numerosi test destinati a trovare nuovi metodi di monitoraggio acustico dei satelliti. Il nostro stabilimento romano ha testato del materiale di volo utilizzando un nuovo sistema, il DFAN (Direct Field Acoustic Noise), sviluppato in cooperazione con il nostro sito di Tolosa, in partnership con Siemens e gli esperti del suono DV2.
Questo sistema utilizza una tecnologia all'avanguardia per testare l'integrità strutturale del satellite. Questa tecnologia permette di simulare l'ambiente sonoro, estremamente rumoroso, subito dal satellite e dai suoi sottosistemi durante la fase di lancio.
L'approccio standard dei test acustici si basa su una struttura riverberante di circa 1.000 metri cubi, che comprende pareti molto spesse.
Un campo di pressione acustica riverberante è generato da modulatori collegati a vari corni acustici situati in una camera piena di azoto allo stato gassoso. Le onde sonore sono emesse sui due lati del satellite e coprono tutto lo spettro delle frequenze di lancio (20-10000Hz). Le caratteristiche del campo riverberante sono conformi con le norme internazionali relative alle prove acustiche.
Il dispositivo DFAN si basa invece su un approccio diverso: fa ricorso ad una tecnologia disruptive ispirata a sistemi acustici sofisticati, utilizzati dai gruppi musicali durante i concerti nei grandi stadi. Comprende più gruppi di altoparlanti situati intorno al satellite, collegati ad un amplificatore molto potente, per generare il campo acustico desiderato. Una serie di microfoni disposti intorno al satellite rilevano la pressione acustica e le correzioni necessarie vengono effettuate tramite un software di controllo sofisticato.
Al giorno d'oggi non esistono norme europee per questo tipo di test acustico. Il nuovo metodo offre risultati simili a quelli generati dalla tecnica tradizionale. Ciò permette di superare alcuni dei vincoli associati: per Thales Alenia Space Italia, le uniche limitazioni erano dovute alle dimensioni e alla complessità di un impianto riverberante.
Un sistema più agile e più efficiente
Il dispositivo DFAN è un sistema mobile e può quindi essere installato all'interno della camera pulita del nostro centro di test. Con questo dispositivo possiamo effettuare tutti i test acustici necessari, il che ci dà la capacità necessaria per tutti i test meccanici realizzati sui nostri prodotti. Ne risulta una notevole riduzione dei costi e dei rischi, visto che non dobbiamo più trasferire il satellite verso centri di test esterni.
Sviluppo della tecnologia DFAN
Grazie alla stretta collaborazione tra i team di Thales Alenia Space, Siemens e DV2, il dispositivo DFAN è migliorato molto negli ultimi tre anni, soprattutto in termini di ripetitività dei test e di omogeneità del campo acustico.
Questa tecnologia è stata qualificata nel 2018 dal nostro centro di test a Roma, dove il team interessato aveva effettuato un'ampia gamma di test comparativi utilizzando il prototipo di un satellite precedentemente sottoposto al campo acustico riverberante sul sito di Cannes e poi ad un campo acustico diretto DFAN a Tolosa. Dopo aver analizzato un'enorme quantità di dati, il team ha potuto dimostrare che i risultati delle varie modalità di test erano identici. In base a questa analisi gli esperti dell'ESA hanno considerato che questa metodologia era valida per i test su satelliti. L'ESA ha accettato inoltre di sostenere i nostri sforzi, considerando questo nuovo approccio come un'alternativa al metodo tradizionale della camera riverberante, come lo ha dichiarato Rafael Bureo Dacal, Ingegnere meccanico in capo presso l'ESA/ESTEC e presidente generale del gruppo di lavoro HDBK dell'ESA DFAN.
"Durante la Conferenza europea del 2018 sulle strutture, sui materiali e sui test ambientali dei veicoli spaziali (ECSSMET), un workshop che raggruppava l'ESA, le agenzie spaziali europee e l'industria europea, dedicato ai test DFAN sul materiale di volo spaziale, ha raccomandato la costituzione di un comitato per l'elaborazione di un manuale DFAN dell'ESA su questo materiale di volo. Questo comitato dovrà essere approvato dalle principali agenzie spaziali europee e dall'industria spaziale europea.
I principali obiettivi del manuale DFAN dell'ESA sono i seguenti:
- Definire le esigenze di base per la preparazione dei test preliminari, l'organizzazione e l'esecuzione dei test e l'analisi dei loro risultati sul materiale di volo.
- Fornire uno strumento generale per l'approvazione dei test DFAN effettuati sul materiale di volo.
- Il valore aggiunto del manuale consisterà nella sua capacità di convalidare la preparazione e l'esecuzione dei test DFAN sull'hardware come se fossero effettuati in modo convenzionale (camera riverberante). È questo l'obiettivo che deve guidare tutti gli sforzi di sviluppo del manuale".
Superare i limiti dei test ambientali per satelliti
Il sistema DFAN offre un approccio disruptive che supera i limiti dei test convenzionali effettuati sui satelliti. L'obiettivo è soddisfare le esigenze di un settore industriale sempre più dinamico e competitivo.
Questa tecnologia si iscrive nell'ambito più globale dello sviluppo e dell'innovazione del Dipartimento di prove ambientali. Questo dipartimento ha due obiettivi principali: ridefinire le metodologie di prova introducendo nuove tecnologie e migliorare l'efficienza nonché l'affidabilità delle tecnologie esistenti, avvalendosi in particolare dell'enorme potenziale dei gemelli digitali.
Un team emergente!
Il dispositivo DFAN è inoltre un ottimo esempio di cooperazione efficace all'interno di un team multidisciplinare e transnazionale. Mettendo in comune delle competenze complementari, questo team ha permesso all'Europa di occupare un posto di primo piano nel campo dei test ambientali per satelliti.