Installations de qualification thermique 

Les installations de qualification thermique (TQF) du Laboratoire David-Florida (LDF) comportent des caissons de vide thermique, des caissons thermiques, des unités de conditionnement thermique, des caissons spécialisés ainsi que diverses installations connexes. Les applications personnalisées de traitement des données utilisées en appui à l'exploitation des caissons et des installations de soutien sont élaborées à l'interne.

Installations de qualification thermique

Caissons de vide thermique

Ce caisson thermique sert à l'étuvage des sous-systèmes et des composantes d'engins spatiaux.

  • Dimensions / volume utile (cylindre horizontal) : 1 m de diamètre sur 1 m de haut
    (3 pi x 3 pi)
  • Vide poussé : une pompe turbomoléculaire d'une capacité maximale de 1 100 litres d'azote par seconde
  • Plage de pression (chargé) : 1,3 x 10-3 Pa à 1,3 x 10-5 Pa (de 10-5 torr à 10-7 torr)
  • Plage de températures :
    • Chauffage : de la température ambiante à 150 °C grâce à huit lampes infrarouges de 500 W
    • Refroidissement : de la température ambiante à –50 °C grâce à une plaque conductrice.

Ce caisson de vide thermique est utilisé pour mettre à l'essai divers éléments et sous-systèmes d'engins spatiaux.

  • Dimensions / volume utile (cylindre horizontal) : 1 m de diamètre x 1 m de haut
    (3 pi x 3 pi)
  • Vide poussé : une pompe cryogénique à boucle fermée produisant 10 000 litres d'azote par seconde
  • Plage de pression (chargé) : 1,3 x 10-3 Pa à 1,3 x 10-5 Pa (10-5 torr à 10-7 torr)
  • Capacité de refroidissement : 500 W
  • Plage de températures : ±140 °C (de 284 °F à -220 °F) en mode azote gazeux et
    -186°C (-300 °F) en mode azote liquide.

Ce caisson de vide thermique est utilisé pour mettre à l'essai divers éléments et sous-systèmes d'engins spatiaux.

  • Dimensions / volume utile (cylindre horizontal) : 2,5 m de diamètre x 2,5 m de haut (8 pi x 8 pi)
  • Turbo-pompe (essai de ressuage d'hélium) : 1 500 litres/seconde (3 180 pi3/min)
  • Vide poussé : deux pompes cryogéniques à boucle fermée produisant chacune 10 000 litres d'azote par seconde
  • Vide poussé (chargé) : 1,3 x 10-3 Pa à 1,3 x 10-5 Pa (10-5 torr à 10-7 torr)
  • Capacité de refroidissement : 2 kW
  • Plage de températures : ±140 °C (de 284 °F à -220 °F) en mode azote gazeux et
    -186 °C (-300 °F) en mode azote liquide
  • Coiffe d'hélium gazeux (cylindre horizontal) :
    • Pour les applications de cryogénie poussée (température nominale de 20 K)
    • S'insère à l'intérieur de la coiffe d'azote liquide
    • Volume utile : 1,8 m de diamètre x 1,8 m de haut (6 pi x 6 pi)
    • Capacité de refroidissement : 400 W
    • Température : deux réglages prédéterminés de 100 degrés Kelvin (-173 °C /
      -280 °F) et de 20 degrés Kelvin (-253 °C/-424 °F)
    • Caisson doté de quatre volets coulissants afin de permettre à l'unité testée d'obtenir un facteur de forme à court terme de l'environnement extérieur.

Ce caisson de vide thermique est utilisé pour mettre à l'essai divers éléments et sous-systèmes d'engins spatiaux.

  • Dimensions / volume utile (cylindre horizontal) : 1 m de diamètre x 2,5 m de haut
    (3 pi x 8 pi)
  • Vide poussé : deux pompes cryogéniques à boucle fermée produisant chacune
    10 000 litres d'azote par seconde
  • Plage de pressions (chargé) : 1,3 x 10-3 Pa à 1,3 x 10-5 Pa (10-5 torr à 10-7 torr)
  • Capacité de refroidissement : 35 kW à -120 °C (-184 °F)
  • Plage de températures : de 150 °C à –180 °C (de 300 °F à -290 °F) à l'aide d'une unité de conditionnement thermique
  • Vitesse de montée maximale : 10 °C par minute (18 °F par minute).

Ce caisson d'essai sous vide thermique est le plus grand du LDF. On l'utilise pour mettre à l'essai des engins spatiaux entièrement assemblés ainsi que pour la mise à l'essai d'éléments et de sous-systèmes d'engins spatiaux.

  • Dimensions du caisson (cylindre vertical) : 6,7 m de diamètre x 10,7 m de haut
    (22 pi x 35 pi)
  • Volume utile : 377 m3 (13 300 pi3).

Accès au caisson

  • Porte d'accès principale de 2,2 m de diamètre (7 pi)
  • Porte d'accès secondaire de 1,5 m de diamètre (5 pi)
  • L'accès des éléments à tester se fait par le couvercle supérieur amovible de 6,7 m de diamètre (22 pi)
  • Échafaudages internes à hauteur réglable en fonction des exigences des essais.

Dimensions des hublots

  • Un hublot de 60 cm (24 po)
  • Trente-six hublots de 30 cm (12 po)
  • Douze hublots de 20 cm (8 po)

Support des spécimens

  • Un point d'attache au fond du caisson d'une capacité maximale de 13 600 kg
    (30 000 lb), charge répartie
  • Quatre points d'attache au fond, isolés du caisson, de 6 800 kg (15 000 lb) ou
    27 000 kg (60 000 lb) maximum
  • Points d'attache de la section cylindrique médiane, 36 points d'attache répartis sur six anneaux fixés à la paroi du caisson, 4 500 kg (10 000 lb) par anneau ou 13 600 kg (30 000 lb) au maximum
  • Points d'attache du couvercle supérieur, 8 x 275 kg (600 lb) ou 2 200 kg (5 000 lb) au maximum.

Sous-systèmes thermiques

  • Matériau de blindage : aluminium extrudé
  • Propriétés de la surface de blindage : peinture noire CAT-A-LAC
    (a>0,90 (lambda=0,4 à 20 µm) à 22 ºC (72 ºF)
  • Température : -186 ºC (-300 ºF) en mode azote liquide
  • Capacité de refroidissement : 1,1 constante solaire / 50 % de la superficie de l'enveloppe protectrice, charge maximale de 260 kW
  • Durée de refroidissement de la température ambiante à celle de l'azote liquide : environ 3 heures – après utilisation sous vide poussé
  • Durée de réchauffage de la température de l'azote liquide à la température ambiante en 16 heures environ
  • Système auxiliaire de pompage d'azote liquide (SRAL) : quatre zones individuelles en boucle fermée, pression maximale de 690 kPa (100 lb/po2), charge thermique maximale de 50 kW.

Sous-systèmes à vide poussé

  • Trois pompes cryogéniques à vide poussé avec robinets d'isolement d'un débit de
    55 000 litres d'azote par seconde (117 000 pi3/min)
  • Plage de pression en mode azote liquide (chargé) : 1,5 x 10-4 à 1,5 x 10-5 Pa (de 10-6 torr à 10-7 torr)
  • Turbopompe (détection des fuites d'hélium) : 1 500 litres/seconde (3 180 pi3/min)
  • Durée d'évacuation du frigorigène : de la température ambiante au vide poussé en
    8 heures environ (type), ce qui comprend trois cycles de pompage/purge
  • Durée de ventilation : du vide poussé à la température ambiante en 3 heures (type), ce qui comprend trois cycles de pompage/purge.

Batterie de lampes infrarouges

  • Lampes : 500 W chacune
  • Montage infrarouge interne fourni par le client.

Caissons thermiques et unités de conditionnement thermique

Ce caisson est utilisé uniquement pour les essais de cycle thermique. La température est contrôlée à l'aide d'une des unités de conditionnement thermique.

  • Dimensions : 3 m x 4,3 m x 2,7 m (de haut) (10 pi x 14 pi x 8 pi)
  • Volume utile : 2,8 m x 4,2 m x 2,4 m (de haut) (9,2 pi x 13,8 pi x 7,9 pi)
  • Plage de températures : ±100 ºC (de 212 ºF à -148 ºF).

Ce caisson est utilisé pour la réalisation d'essais thermiques ainsi que pour des essais de mesure d'intermodulation passive, de puissance et de décharge auto-entretenue de pair avec les installations de qualification en radiofréquences (RFQF) du LDF.

  • Dimensions : 2,7 m x 3,7 m x 2,7 m (de haut) (8 pi x 12 pi x 8 pi)
  • Volume utile : 1,6 m x 3,4 m x 1,9 m (de haut) (5,3 pi x 11,2 pi x 6,2 pi)
  • Plage de températures : de 93 ºC à -73 ºC (de 200 ºF à -100 ºF)
  • Plage de températures dans le caisson à parois de styromousse : de 120 ºC à
    -100 ºC (de 248 ºF à -148 ºF)
  • Pour les essais de mesure de l'intermodulation passive, un matériau absorbant les radiofréquences est installé sur les parois intérieures du caisson.

Ce caisson thermique est le plus grand du LDF. On l'utilise pour la réalisation d'essais thermiques, de MIP, de puissance et de décharge auto-entretenue, de pair avec les installations de qualification en radiofréquences (RFQF) du LDF. La température est contrôlée à l'aide d'une des unités de conditionnement thermique.

  • Dimensions : 3,7 m x 3,7 m x 4,9 m (de haut) (12 pi x 12 pi x 16 pi)
  • Volume utile : 2,8 m x 2,8 m x 4,5 m (de haut) (9,2 pi x 9,2 pi x 14,8 pi)
  • Plage de températures : de 93 ºC à -73 ºC (de 200 ºF à -100 ºF)
  • Pour les essais de mesure de l'intermodulation passive, un matériau absorbant les radiofréquences est installé sur les parois intérieures du caisson.
  • Capacité de refroidissement : 23,45 kW à -140 ºC (-220 ºF)
  • Débit d'azote gazeux : 960 L/s (250 gallons US/seconde) sous pression statique externe de 5 cm (2 po) d'eau
  • Capacité de chauffage : 18 kW
  • Volume utile : 97 cm x 97 cm x 61 cm (38 po x 38 po x 24 po)
  • Réglage de la température : ± 1 ºC (±2 ºF)
  • Plage de températures : de 150 ºC à -150 ºC (de 300 ºF à -240 ºF)
  • Vitesse de montée : jusqu'à 15 ºC /minute (27 ºF /minute).

Caissons spécialisés

Ce caisson est utilisé pour effectuer des contrôles de température en altitude. Le contrôle de température est possible pour toute une gamme d'altitudes virtuelles allant du niveau de la mer à 12 200 m (40 000 pi) au-dessus du niveau de la mer.

  • Volume utile : 0,96 m x 0,93 m x 1,07 m (de haut) (38 po x 36,5 po x 42 po)
  • Plage de températures : de 177 ºC à -73 ºC (de 350 ºF à -100 ºF)
  • Vitesse maximale de montée en température : 3 ºC/minute (5,4 ºF/minute)
  • Capacité de refroidissement : 3 kW
  • Plage d'altitude : du niveau de la mer à 35 052 m (115 000 pi) au-dessus du niveau de la mer)
  • Vitesse maximale de montée en altitude : 25 m/seconde (5 000 pi/minute).

Ce caisson est utilisé pour la réalisation d'essais thermohygrométriques.

  • Volume utile : 1,02 m x 1 m x 1,17 m (de haut) (40 po x 39 po x 46 po)
  • Plage de température : de 180 ºC à -70 ºC (de 355 ºF à -94 ºF)
  • Vitesse maximale de montée (chauffage) : 6,2 ºC/minute (11,2 ºC/minute)
  • Vitesse maximale de montée (refroidissement) : 4,1 ºC/minute (7,4 ºF/minute)
  • Capacité de refroidissement au point de congélation de l'eau : 3 kW
  • Humidité : plage de 10 % à 98 % HR
  • Régulation de l'humidité : ±2,5 % HR
  • Uniformité de l'humidité : ±1,0 % (humidité relative)
  • Contrôle complet de l'humidité relative de 7 à 88 ºC (45 ºF à 190 ºF).

Cette installation est faite en fibres de verre afin de permettre la réalisation d'essais d'antenne en RF, sous vide, à température ambiante.

  • Volume utile (cylindre vertical) : 1,06 m de diamètre x 4 m (de haut) (3,5 pi x 13 pi)
  • Vide poussé : une pompe cryogénique à boucle fermée d'une capacité de 10 000 litres d'azote par seconde
  • Pression (chargé) : 1,3 x 10-3 Pa (10-5 torr).

Installations de soutien

  • Spécifications
    • Pont-portique d'une capacité de 23 000 kg (50 000 lb) avec crochet à 11 m (36 pi) de hauteur
    • Superficie du plancher : 325 m2 (3 500 p2).

  • Mesure des propriétés de surface
    • Mesure des propriétés de surface (absorptivité/émissivité/réflectivité)
    • Mesure par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier.

  • Autres capacités d'essai
    • Analyses de dégazage : ASTM, NASA et ESA
    • Dispositif de caractérisation de modules de grande surface par éclairage pulsé : impulsion de 1.0 constante solaire pour tester la réaction de cellules photovoltaïques et de dispositifs photovoltaïques multijonctions.

  • Surveillance de la contamination
    • Analyse des gaz résiduels
    • Microbalance à cristal de quartz thermique

  • Installation de soutien aux essais
    • Tour pour la production de pièces sur mesure (orifices d'amenée)
    • Atelier de fabrication de câblages sur mesure
    • Installation d'essai et de détection des fuites d'hélium.

  • Bloc d'alimentation
    • Système TRAPS (réponse thermique et système d'alimentation) : Ce système alimente (de 0 à 110 volt en c.c.) les lampes infrarouges et/ou les circuits de chauffage. Le voltage est ajusté manuellement pour chaque lampe ou circuit
    • Système de régulation automatique de la température (ATCS) : L'ATCS alimente (de 0 à 110 volt en c.c.) les circuits de chauffage (application type). Le voltage est contrôlé par ordinateur. L'opérateur du poste ATCS entre des valeurs prédéterminées pour chaque circuit et l'ATCS maintient ces valeurs thermiques en contrôlant les blocs d'alimentation connexes.

Applications personnalisées de traitement des données

Les applications de traitement de données mises au point par le LDF permettent au technicien ou à l'opérateur d'ordinateur d'obtenir des informations sur ses essais ou processus dans un format visuel et opérationnel qui lui est familier, tout en offrant au personnel technique et de recherche des fonctions utiles d'analyse détaillée de données historiques et de gestion de fichiers.

  • Système de commande et d'acquisition de données (CDACS)
    • Le CDACS est entièrement redondant et comprend des serveurs principaux et redondants ainsi que des dispositifs de contrôle de champ principaux et auxiliaires.
    • Le CDACS peut exploiter jusqu'à 11 enregistreurs de données (1 400 thermocouples)
    • Le module de visionnement des données permet de visualiser les données dans les formats suivants : diagramme à barres en temps réel, feuille de calcul en temps réel, graphique historique et feuille de calcul historique
    • Le serveur de données de console permet la diffusion des données consignées aux ordinateurs clients à intervalles réguliers
    • Le module d'équilibrage thermique calcule automatiquement la valeur deltaT pour des thermocouples donnés afin de savoir quand les critères de stabilité sont atteints
    • Le module de transmission des données permet de transmettre les données de télémesure du client au CDACS à intervalles réguliers et de les intégrer dans la base de données du CDACS
    • L'option de voies virtuelles permet d'intégrer au CDACS les thermocouples, la transmission de données ou d'autres voies et de réaliser des calculs sur ces données. Il en résulte des données par voies virtuelles pouvant être soumises à des analyses subséquentes en temps réel, au besoin.
    • En guise de redondance, la base de données du CDACS est copiée sur un ordinateur distant à chaque minute, pendant toute la durée de l'essai.
  • Autres systèmes de commande et d'acquisition de données (ODACS)
    • Le module de visualisation de données permet de visualiser les données dans les formats suivants : diagramme à barres en temps réel, feuille de calcul en temps réel, graphique historique et feuille de calcul historique
    • Pour la plupart des caissons (c.-à-d., unités de conditionnement thermique et caisson TH1 [1x1], etc.), des contrôleurs intégrés autorisent la programmation des caissons
    • Tous les autres caissons qui n'utilisent pas de l'azote (p. ex., caisson TH1
      [1x1], caisson TA1 [3,0x4,3], etc.) peuvent fonctionner sans supervision pendant une durée prolongée.