小規模な航空宇宙業界向けのコスト効率の高い環境試験プロトコルの開発

航空宇宙における環境試験の高域

環境試験は規制チェックボックスではありません。エンジニアリング設計と実際の飛行の間の橋です。振動、熱循環、腐食に失敗するコンポーネントは、ミッションの失敗、資産の損失、または人的不快さにつながることができます。小さな航空宇宙会社のために、スタートアップ、ナノ衛星ビルダー、またはサブシステムサプライヤー - 圧力は特に急激です。彼らは、リーンチームとタイトな予算で信頼性の高いハードウェアを提供する必要があります。この課題は、企業が、規制当局の要件を解決することなく、十分なリスクを報告するテストプロトコルを作成することです。この課題は、企業は、小規模な戦略を策定するために必要な戦略を計画するために必要としました。

航空宇宙環境試験の風景を理解する

大気環境試験では、打ち上げ時に遭遇する条件に耐える装置、軌道、大気飛行、または地上処理の要件を評価します。一般的なテストカテゴリは次のとおりです。

熱・熱制御:[高温・熱衝撃・熱真空(宇宙用)
振動と衝撃:[]]シンイドとランダム振動、音響騒音、およびピロテックニックショック。
]湿気および湿気:[の凝縮、塩の霧および湿気の侵入の抵抗。
腐食および化学抵抗:[燃料、油圧液体、または洗浄剤への暴露。
電磁互換性(EMC):[)他のシステムとの干渉を起こさない。

SAE ARP4754、RTCA DO-160、およびMIL-STD-810などの業界標準は、ベースラインテストメソッドを提供します。しかし、小規模な企業は、社内の施設が完全に仕様にすべてのテストを実行することに欠けています。重要なことは、リスクベースのアプローチを採用することです。そこで、その脅威を決定し、そのリソースを成功に導く環境です。

小規模な航空宇宙業界におけるユニークなチャレンジ

小さい大気空間企業は大きい第一線と比較して明確な障壁に直面します:

テスト機器の限られた首都:[]]熱真空チャンバーまたは多軸シェーカーは、何千ドルの費用を払うことができます。
小型エンジニアリングチーム:] は、テストの設計、実施、分析を行う人々を率います。
短時間開発タイムライン:]]より高速な反復サイクルは、長いテストキャンペーンのためにより少ない部屋を残します。
] 専門知識へのアクセス:]] 環境試験の専門家は、雇用するためにまれで高価です。
顧客期待:]]]小さな請負業者でも、同じ基準を大きいサプライヤーと満たす必要があります。

これらの制約により、費用のかかる情報獲得を最大化するテストプロトコルの設計が不可欠です。

コスト効果の高い環境試験のための戦略

ミッションクリティカルなテストを優先

すべてのコンポーネントは、すべてのテストを必要としません。失敗の結果(安全、ミッションロス、スケジュール遅延)を評価するリスクマトリックスを作成します。テスト時間を高リスク角に割り当てます。たとえば、衛星の電力管理ユニットは、熱真空テストを保証するかもしれませんが、構造ブラケットは、資格レベルでランダムな振動を必要とするかもしれません。顧客や規制を満たすための合理的を文書化します。

重力シミュレーションとモデリング

熱的および振動応答、熱管理のための計算流体力学(CFD)、およびEMCのための電磁シミュレーションは物理的なテストプロトタイプの数を減らすことができます。シミュレーションは資格試験のための完全な代わりではないですが、それは設計弱さを早期に明らかにできます。狭いテスト計画にシミュレーションを使用して下さい:例えば、熱スポットを識別するために事実上の熱広がりを、そして器械を物理的なテストのそれら区域だけ分けて下さい。自由な、オープンソース用具(CFDFoAMか、または複数の生体分析のための複数のバイカーン)は非物理的なテストのための非物理的な分析です。

共同施設・コンソーシア州

購入費用は、複数の組織間でスプレッドすることができます。オプションには、

大学研究室:]] 航空宇宙工学プログラムの多くは、速度を削減してテストサービスを提供します。
[]産業コンソーシアム:[]]のようなグループ]小型衛星会議])と地域大気空間クラスターは、共有テスト機器のプールリソースを時々.
政府施設:]] NASAのテレサイエンスサポートセンターと一部の空軍基地は、部屋とシェーカーに料金がかかる場合があります。

パートナーと言えば、コストの明確化、スケジューリング、および責任の合意を定義します。共有シェーカーの週でも、内部シミュレーションの月を交換できます。

モジュラーおよび器械テスト

製品をサブシステムにブレイクします。統合する前に、各サブシステムを個別にテストします(例えば、熱応力下にある電源調整板)。このアプローチは、修正が安いときに早期に失敗をキャッチします。「テストとして、飛行、テストとして飛ぶ」哲学ではなく、アセンブリの低レベルで。振動のために、テストサブアセンブリを低レベル(通常、フル資格未満)で実行し、統合ユニット上で単一、厳格なテストを実行します。モジュラーテストは、テストが並列テストキャンペーンを可能にし、全体的なスケジュールを短くします。

データ収集と分析を自動化

手動データロギングはエラーが発生し、遅くなります。複数のチャネル(温度、緊張、加速)を自動的に記録できるデータ取得システムに投資します。スクリプト(Python、MATLAB)を使用して、後処理結果、不足している読み取り値のフラグを立てます。オートメーションは人件費を削減し、リアルタイムの意思決定を可能にします。例えば、サーモカップルがサーモカップルがソックの限界を超えた場合は、テストはすぐに停止し、時間を節約し、他のコンポーネントを損傷するのを防ぐことができます。

規格に基づくテーラーリングを採用

DO-160 または MIL-STD-810 のすべての段落に盲目的に従うよりもむしろ、あなたの製品の実際の運用環境にテスト計画を合わせます。基準自体は正当化したときに「調整」を可能にします。文書の調整の決定: 例えば、低層軌道衛星は、地理的使命の深いスペース冷静に経験しません。 -65°C から -40°C までの低温度制限を減らすことは、熱テスト時間とコストを大幅に削減することができます。常に顧客の承認を得る。

戦略的パートナーシップの構築

小さな企業は、すべてのテスト能力を所有することができます。以下のような関係を築きます。

[国家研究所:]]Sandia、JPL、その他、技術移転プログラムの下で中小企業にテストサービスを提供します。
大宇宙空間のプライム:[ より大きな企業のテストラボへの委託は、束ねられた価格を交渉すれば費用効果が大きいことができます。
[ 試験サービスプロバイダ:] NTS、Element、またはExovaなどの独立したラボは、航空宇宙環境試験を専門としています。価格は1時間あたりのものですが、社内のセットアップよりも効率的に高スループットキャンペーンを処理することができます。

パートナーシップを締結する際には、知的財産権、データ共有、スケジューリングについて明確にしてください。理解覚書(MOU)は、期待を明らかにすることができます。

事例:ナノサット開発者が40%のコストを削減

地球観測用に6U CubeSatを開発する小規模な企業は、典型的なジレンマに直面しました。衛星全体で2億ドルの予算で、環境試験のために割り当てられたのはわずか$ 50,000です。 NASA GEVS(一般環境検証基準)ごとの完全な資格は、熱真空とランダムな振動の200 +時間が必要で、$ 50,000の費用がかかります。上記の戦略を採用することにより、彼らは90,000にテストを削減しました。

[]Prioritization:[]]]] それらは5つの重要な障害モード(太陽電池パネルの決定、電池の熱暴走、受信機EMI、構造共鳴、および光学汚染)を識別し、それらにテストを集中しました。テスト時間の6パーセントは、これらの5つの分野に費やされました。
]:]]]。それらは、4.0から1.5までの構造マージンを減らす、衛星フレーム設計で反復する無料のFEAパッケージを使用しました。これは、2つの物理的な振動テストの反復を除去しました。
共有施設:]]。 1m3の熱真空チャンバーを持っていた大学航空宇宙ラボと提携しました。コストは、商用ラボから$ 3,000 /日ではなく$ 500 /日でした。
モジュラーアプローチ:]] 各1Uスタックは、熱サイクル用に別々にテストされ、統合されました。これは、完全な統合の前に、欠陥のあるコネクタをキャッチし、週の作業を節約しました。
[]Automation:]]] は、熱テスト中に32の温度チャンネルを監視するために、チャンネルが制限を超えた場合はチャンバーを自動的に停止する Pythonスクリプトを構築しました。このテスト演算子は30%までに時間を短縮しました。

衛星は、すべての飛行資格を通過し、18ヶ月間軌道上で動作しています。

成長のためのスケーラブルなテストロードマップを開発

しっかりした成熟したので、テストプロトコルはスケールアップする必要があります。初期のフライトで最小限の生存可能なテストキャンペーンを開始し、徐々に社内の能力に投資し、収益が増加します。典型的な進行:

[Phase 1 (Startup):[] 共有施設とシミュレーションで完全に再実行します。重要なテストのみを使用してください。簡単なテストのドキュメントを保管してくださいが、追跡可能です。
第2(ファースト・プロダクト配達):[ 基本的な熱部屋および低レベルの振動点検のための加速器を購入して下さい。完全な資格のための外的な実験室を使用して続きて下さい。
Phase 3 (複数のプログラム):[[] 小さな電気力学的シェーカー(500 lbf)と真空システムに投資します。テストエンジニアを雇います。回帰および環境ストレススクリーニングのための内部テストを使用してください。

各テストキャンペーンから学んだドキュメントレッスン。テスト結果のデータベースを構築し、将来の調整の決定を通知します。時間をかけて、会社は信頼性でコストをバランスよくする独自のテスト基準を開発することができます。

コンテンツ

コスト効率の高い環境テストは、切削コーナーではなく、リソースを最高リスク領域に割り当てることです。小規模な航空宇宙企業は、シミュレーション、モジュールテスト、戦略的パートナーシップ、および自動化を組み合わせることによって成功することができます。このアプローチは、該当する基準を遵守しながら、投資に関する情報リターンを優先します。フェーズドロードマップに従うことにより、最小限のチームが、銀行を破壊することなく、顧客の期待に応える飛行準備ハードウェアを生産することができます。キーは、開始する、スマートパートナー、およびアップグレード、およびビジネスの能力を成長させることです。