Test ve nitelendirme

Neden test?

İlk yüz CubeSat topluluğa, ucuz ve hızlı geliştirmenin kendine özgü arıza istatistikleri olduğunu öğretti: erken görevlerin büyük bölümü birkaç gün içinde öldü; çoğu, sistem düzeyinde bir testin yakalayacağı sorunlardan[1]. Sonraki araştırmalar arızaları güç ve haberleşme alt sistemlerine ve yetersiz testlere bağladı ve sistem düzeyinde daha fazla işlevsel ve çevresel doğrulama yapılmasını savundu[2]. Test, küçük bir ekibin satın alabileceği en ucuz sigortadır.

Model felsefesi

Ajanslar, bir projenin ürettiği donanımın rollerini birbirinden ayırır[3]:

• Mühendislik modeli (EM). Biçim ve işlev olarak temsilîdir; arayüzlerin ve yazılımın hatalarını ayıklamak için kullanılır.
• Nitelendirme modeli (QM). Uçuş modeliyle aynıdır; beklenen ortamın üstünde payla, nitelendirme düzeylerinde ve sürelerinde test edilir ve hiçbir zaman uçmaz.
• Protouçuş modeli (PFM). Nitelendirme düzeylerinde ama kabul sürelerinde test edilen uçuş donanımıdır; ayrı bir QM’yi karşılayamayan küçük görevlerin olağan seçimidir.
• Uçuş modeli (FM). İşçilik hatalarını bulmak için kabul düzeylerinde test edilir.

PocketQube ve CubeSat ekiplerinin çoğu, bir mühendislik modelinden sonra bir protouçuş modeliyle uçar; düzeylere ve sürelere uyulduğunda bu sağlam bir uzlaşmadır.

Uçtuğun gibi test et

En yararlı ilke, uyduyu uçacağı yapılandırma ve sırayla test etmektir: açılan parçalar katlı, ayrılma anahtarları basılı, zamanlayıcılar çalışır durumda, uçuş yazılımı fırlatma kipinde. Grizu-263A, teslimden önce tezgâh testleri, mühendislik modeli testleri, termal vakum testleri ve titreşim testlerinden oluşan “uçtuğun gibi test et” dizisini izledi[4].

flowchart LR
  BENCH["Tezgâh ve kart testleri"] --> EM["Mühendislik modeli: entegrasyon ve yazılım"]
  EM --> FUNC["İşlevsel ve uçtan uca telsiz testleri"]
  FUNC --> VIB["Titreşim: rezonans taraması, rastgele"]
  VIB --> TVAC["Termal vakum ve çevrim"]
  TVAC --> BAKE["Fırınlama"]
  BAKE --> FINAL["Son işlev testi, dağıtıcı entegrasyonu"]

Titreşim

Fırlatma yükleri, bırakılan küçük bir uyduya dağıtıcı üzerinden rastgele titreşim, sinüs taramaları ve şok olarak ulaşır. NASA’nın CubeSat Fırlatma Girişimi, yaklaşık 10 Grms’lik GEVS rastgele titreşim ortamına dayanan sistemler ister[5][6]; gerçek düzeyler ve süreler her fırlatma sağlayıcısının kullanıcı kılavuzundan gelir ve CubeSat Tasarım Şartnamesi bunları sağlayıcıya bırakır[7]. Tipik bir eksen dizisi düşük düzeyli bir rezonans taraması, rastgele koşu ve ikinci bir rezonans taramasından oluşur: iki tarama arasında bir rezonans frekansının kayması gevşemiş ya da hasar görmüş bir yapıyı ortaya koyar.

Sarsıcıda Grizu-263A

Grizu-263A’nın uçuş modeli, 21 Eylül 2020’de İstanbul Teknik Üniversitesi Makina Fakültesi Titreşim ve Akustik Laboratuvarı’nda, uçuş kutusunun içine monte edilmiş hâlde protonitelendirme titreşiminden geçti[4]. Testleri Vibration VIEW yazılımıyla denetlenen bir TIRA TV59327/AIT sarsıcı sürdü; verileri bir Brüel & Kjær PULSE sistemi topladı; kayar masada bir denetim ivmeölçeri, kutuda ve bir başvuru noktasında yanıt ivmeölçerleri vardı ve bunlardan iletim fonksiyonları türetildi. Her eksen, önce iki yatay eksen sonra düşey eksen, bir rezonans taraması ve bir rastgele koşudan geçti; her koşudan sonraki muayeneler hasar göstermedi. Uydu Ekim 2020’de bir AlbaPod’a entegre edildi ve kapatma anahtarı uçuş için serbest bırakıldı.

Termal vakum ve çevrim

Termal vakum testleri, uydunun vakumda sıcak ve soğuk uç değerlerinde çalıştığını ve geçişlerden sağ çıktığını kanıtlar; çoğu zaman ortam basıncında yapılan ısıl çevrim ise lehim bağlantıları gibi işçilik kusurlarını tarar. Delfi-PQ, −20 ile +50 °C arasında dört termal vakum çevrimiyle nitelendi[8]. PocketQube’ler için çevrim ek ağırlığı hak eder: bir 1P yılda yaklaşık 5500 tutulma görür, yığın salınımları yaklaşık 30 K’dir, panel salınımları çok daha büyüktür; bu yüzden nitelendirme öngörülen aralığı payla kapsamalıdır[9].

Fırınlama ve gaz salımı

Malzemeler, numuneler vakumda 24 saat 125 °C’de ısıtılarak taranır[10]; ardından entegre uydu, teslimden önce suyu ve çözücüleri uzaklaştırmak için fırınlanır. Delfi-PQ 50 °C’de ve 10⁻⁵ mbar’da 24 saat fırınlandı[9]. CubeSat Tasarım Şartnamesi her CubeSat için bir termal vakum fırınlaması ister[7].

İşlev, açılma ve telsiz testleri

Çevresel testler ancak her birinin ardından tam bir işlev testi gelirse anlam taşır. Anten ve panellerin açılma testleri soğukta dâhil tekrarlanmalıdır. Uçuş çerçeve biçimiyle ve yol kaybının yerini tutan kalibre bir zayıflatıcıyla gerçek yer istasyonu zinciri üzerinden yapılan uçtan uca telsiz testleri, hat kodlama ve çerçeveleme hatalarını yakalar; Grizu-263A’da farklı bir hat kodlaması varsayan ilk topluluk çözücüleri, çerçeveleme netleşene kadar başarısız oldu[4].

Manyetik ve yönelim testleri

Manyetik yönelim tasarımlarında her algılayıcı ve eyleyici ekseninin kutupluluğu denetlenmeli, mıknatıs momenti sıcaklık uç değerlerinde ölçülmeli ve entegre uydunun artık dipolü, örneğin bir Helmholtz kafesinde ölçülmelidir[9]. Bu testler ucuzdur ve bir uydunun yavaşlamak yerine hızlanarak dönmesine yol açan hataları yakalar.

Uçuş kaydı ne söylüyor?

En iyi belgelenmiş PocketQube’lerden biri olan Delfi-PQ, yörüngedeki başarımını ve geliştirme sürecinin derslerini, batarya korumasının sınırlamaları dâhil ayrıntılı biçimde bildirdi[11]. Grizu-263A birincil haberleşme hedefini karşıladı ve beklenen bir yılın çok ötesinde, 628 gün çalıştı[4]. İki görev de aynı derse işaret eder: dış dünyayla arayüzler (dağıtıcı, telsiz topluluğu, fırlatma takvimi) kartlar kadar test ister.

Küçük bir ekip için en az kampanya

NASA’nın CubeSat 101 kılavuzu, bu testlerin fırlatma sağlayıcısı sürecine nasıl oturduğunu daha ayrıntılı anlatır[12].