¿Las pruebas de estrés de una nave espacial afectan su durabilidad?

Cuando una nave espacial se construye y se prepara para un lanzamiento futuro, sus partes y la nave espacial completa generalmente pasan por muchas pruebas; por ejemplo, el telescopio James Webb ya ha pasado por la prueba criogénica bajo temperaturas extremadamente frías, las pruebas de vibración acústica en una cámara de prueba acústica especial, etc.

Todas estas pruebas ponen mucha "presión", carga y estrés en una nave espacial y su hardware.

¿Todo esto tiene algún costo? ¿No estamos reduciendo la durabilidad y la tolerancia a fallos de una nave espacial aplicando tensión y comprobando cómo funcionaría en condiciones extremas?

No sé acerca de las naves espaciales, obviamente son muy costosas, por lo que no necesariamente pueden construir muchos extras, pero cuando probamos nuestro hardware, no enviamos las mismas unidades a las que hemos sometido a prueba de estrés/carga. clientes.
El estrés de las pruebas planificadas se incluye junto con el estrés de la misión en el diseño de la nave espacial. La nave espacial está simplemente diseñada para tomarlo.

Respuestas (2)

La respuesta simple a "¿Las pruebas de estrés de una nave espacial afectan su durabilidad?" es Sí, lo hace, en la visión occidental clásica de los programas de prueba.

No puedo responder por los detalles específicos del telescopio James Webb, pero un enfoque común es dividir un programa de prueba conceptualmente en verificación de diseño y verificación de mano de obra. Aparte, las pruebas de verificación de diseño se denominan pruebas de "calificación", mientras que las pruebas de verificación de mano de obra también se conocen como pruebas de "aceptación".

Las pruebas de calificación tienen como objetivo mostrar que el sistema funciona en un rango determinado de entorno y puede sobrevivir en un rango mayor. Todos estos serán el entorno esperado de la misión (temperatura, radiación, vibración más algún margen, todo durante un período de tiempo determinado). Las pruebas de aceptación son similares pero con márgenes más bajos. La filosofía habitual es que un modelo de vuelo no puede estar sujeto a niveles de calificación y, por lo tanto, debe construirse un modelo de calificación especial para las pruebas de calificación. Esto se ajusta bien a la producción en serie habitual, el modelo de calidad se prueba mucho pero nunca vuela, los modelos de vuelo solo ven pruebas de aceptación.

En el caso de James Webb, la producción es solo de un satélite y puede que no haya un modelo de calificación a nivel de satélite. En este caso, a veces, la dirección de la misión acuerda con su cliente que el modelo de vuelo se probará a niveles de calificación de estrés de temperatura y vibración, pero solo por duraciones consistentes con las pruebas de aceptación. Esto se denomina prueba de "proto-vuelo" y reconoce explícitamente que las pruebas afectan la durabilidad.

Aparte, a menudo pienso que las pruebas de protovuelo son un poco engañosas que subestiman las pruebas para fines de calificación y superan las pruebas para la aceptación (propósitos de mano de obra), pero eso es solo mi centavo.

Eso aclara muchas preguntas que tenía, ahora voy a interpretar los eventos de prueba de naves espaciales sobre los que leí de manera bastante diferente. ¡Muchas gracias por la respuesta!
Alegra oírlo. Vivo en Europa y crecí con estándares nacionales para satélites AIT, pero los estándares europeos (es decir, ESA) y las prácticas comerciales de EE. UU. son muy similares entre sí, por lo que parece probable que la NASA y el Departamento de Defensa también sean similares en términos filosóficos. Estas grandes organizaciones de adquisiciones tienen estándares disponibles públicamente (para ESA, busque ECSS), aunque puede ser un laberinto para empezar.

Cada parte de una nave espacial tiene una vida útil de x número de horas. Las piezas se cambian en la nave espacial mucho antes del número x de horas de vida útil, mucho antes de que falle, para evitar cualquier mal funcionamiento.

La prueba de estrés térmico en hardware de proto-vuelo en el rango de temperatura de +75 °C/-20 °C se realiza durante 24 horas en el extremo frío y de 144 a 288 horas en el extremo caliente, pero al hardware le quedan muchas horas de vida después pruebas de estrés.

Las pruebas de estrés térmico, junto con prácticas de diseño rigurosas, brindan una alta confianza de que el diseño del hardware no es marginal durante su misión prevista de larga vida útil y alta confiabilidad.

Algunas de las pruebas realizadas por la NASA se pueden ver en http://www.klabs.org/DEI/References/design_guidelines/nasa_reliability_preferred_practices.htm#1404

Algunas de las pruebas realizadas por la NASA son pruebas no destructivas, no estresan el hardware de vuelo. Otras pruebas destructivas se realizan con piezas del mismo lote, pero no con piezas utilizadas para el vuelo. Las pruebas que reducen la confiabilidad o la vida útil también deben realizarse con piezas del mismo lote.
@Uwe, esto es exactamente lo que siempre me desconcertó: por un lado, no podemos hacer una prueba de estrés directamente de todo lo que va al espacio, pero la idea del "mismo lote" no garantiza que una parte del mismo lote funcione como otra en el lote. Supongo que eso impone una gran responsabilidad a los proveedores de estos lotes. Espero que pueda ver mi motivación para esta pregunta aquí. Gracias.
@alecxe: Espero que haya otros tipos de pruebas de ingeniería para determinar qué tan consistente es un proceso de producción dentro de un lote. No haría pruebas de esfuerzo de la forma en que lo describió Uwe a menos que tuviera razones para esperar que las partes de un solo lote sean todas razonablemente consistentes entre sí. Si no lo son, haría las pruebas de estrés de manera diferente o exigiría más consistencia del proveedor de piezas.
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