Normativa ECSS

La compañía ECSS (European Cooperation for Space Standardization) se fundó en 1993 y su trabajo consiste en mejorar los estándares dentro del sector espacial europeo mediante la publicación de normas, en las cuales se muestran los procesos y pruebas a los que se deben someter los distintos componentes espaciales.

De las normas publicadas, las que más influyen en el diseño y certificación de las baterías son la ECSS-E-10-03A, la ECSS-E-ST-20C y la ECSS-E-ST-32-02C.

De estas tres normas, la más importante es la ECSS-E-10-03A, ya que en ella se detallan las pruebas a las que se deben someter a las baterías.

171 ECSS-E-10-03A [6]

En este documento se muestran los requisitos ambientales estándar y los ensayos a realizar a los diferentes sistemas espaciales que vayan a ser lanzados, destacando únicamente las pruebas relacionadas con las baterías. La información que se muestra a continuación es aplicable a cualquier tipo de baterías, sin importar la composición química.

Las pruebas de calificación y de aceptación para las baterías se muestran en la tabla 11.1, junto con la secuencia de realización recomendada. A continuación, se explica cuál es el objetivo de cada prueba y el desarrollo general de cada una. Aquellos ensayos que se realizan tanto en las pruebas de calificación como en las de aceptación, el modo de realización es el mismo.

Tabla 11.1. Pruebas de calificación y de aceptación para las baterías [6].

Pruebas de calificación Pruebas de aceptación Secuencia realización Aplicabilidad Secuencia realización Aplicabilidad Propiedades físicas 1 R 1 R Funciones y rendimiento 2 R 2 R Humedad 3 R Fugas 4,6,11,14 R 3,5,7,9 R Presión 5 R 4 R Aceleración 7 R Vibración sinusoidal 8 R Vibración aleatoria 9 R 6 R Choques 10 R

Corona y arcos eléctricos 12 R

Vacío térmico 13 R 8 R

Ciclos térmicos 13 R 8 R

Vida 15 R

172

Las pruebas de propiedades físicas tienen como objetivo determinar las características de la batería, tales como sus dimensiones, su masa, el centro de gravedad y los momentos de inercia.

Las pruebas de funciones y rendimiento se realizan para comprobar que tanto el rendimiento como las funciones mecánicas y eléctricas de la batería se corresponden con lo especificado, a través de las pruebas de carga, de momentos, de voltaje, y de frecuencias e impedancias, entre otras.

En las pruebas de humedad se someten a las baterías a cuatro condiciones ambientales diferentes en las cuales se modifican la temperatura, la humedad relativa, y el tiempo de exposición a esas condiciones. Mediante estos ensayos se comprueba que las baterías son capaces de soportar ambientes húmedos sin cambio apreciable en sus características.

La finalidad en las pruebas de fugas es verificar que las baterías presurizadas son capaces de cumplir con los requisitos fijados de fuga. Para comprobarlo, se presuriza la batería con nitrógeno seco hasta un valor inferior a 3430 hPa. Una vez que se consigue dicho valor se miden los valores de presión obtenidos durante un período de tiempo, comprobando al final de la prueba la caída de presión. Para que la prueba sea considerada válida, la caída de presión debe ser inferior a 69 hPa en un tiempo de 6 horas.

Las pruebas de presión tienen como objetivo comprobar que tanto el diseño como la integridad estructural de la batería ofrecen un margen suficiente como para evitar deformaciones excesivas y fallos estructurales a lo largo de la misión. En esta prueba se someten a las baterías a dos niveles de presión diferentes: el primero es la presión de prueba, cuyo es valor es 1,5 veces la presión máxima de operación, y el segundo es la presión de rotura, siendo 2 veces la presión máxima de operación.

En las pruebas de aceleración se establece la capacidad de la batería de evitar daños estructurales y de trabajar correctamente cuando se presentan aceleraciones constantes. En esta prueba, se fija la batería a una plataforma giratoria, la cual alcanza

173

aceleraciones de 7,5 g durante 3 minutos. Este proceso se debe repetir en cada uno de los tres ejes.

Con la prueba de las vibraciones sinusoidales se intenta demostrar la capacidad de la batería de resistir las vibraciones de baja frecuencia producidas durante el lanzamiento. La prueba se realiza en cada uno de los ejes según unas vibraciones multiplicadas por un factor de calificación, y determinando cuál es su frecuencia de resonancia.

Por otro lado, la prueba de vibraciones aleatorias trata de demostrar la capacidad de la batería de resistir las vibraciones acústicas y las vibraciones aleatorias que se pueden producir durante el lanzamiento, incrementadas según un margen de calificación. Como en el caso anterior, la prueba se debe realizar en los tres ejes, determinando el valor de la frecuencia de resonancia.

El objetivo en los ensayos de choques es comprobar que la batería resistirá los posibles choques y golpes que pueden producirse a lo largo de la misión, como por ejemplo durante la separación del satélite del lanzador. Para comprobarlo, se fija la batería a una plataforma a la cual se golpea según el espectro de choque requerido durante un período de tiempo similar al que se tendría en la realidad. Para conseguir dichos choques se suelen emplear dispositivos de impacto, impulsos de forma, o agitadores electrodinámicos.

En las pruebas de corona eléctrica se controlará la aparición del efecto corona10 en aquellas baterías que tengan que estar en funcionamiento durante el lanzamiento, debido a que la batería estará expuesta a bajas presiones. Para simular estas condiciones, se someterá a la batería a ambientes de 0,1 Pa durante 10 minutos. La prueba de arco eléctrico sólo se realiza si la tensión durante la misión supera los 500 V.

10 _{El efecto corona se produce por la ionización del aire que se encuentra próximo al conductor debido a}

los altos niveles de tensión de línea. El nombre de corona se debe a que los conductores suelen ser de sección circular.

174

El ensayo de vacío térmico tiene como objetivo demostrar que la batería soportará cualquier tipo de condición ambiental. Durante la prueba, la batería se introduce en una cámara que simula el vacío, y según unas temperaturas que serán iguales o superiores que las que se tendrán realmente durante la misión.

En el caso de las pruebas de ciclos térmicos, la finalidad es probar que tanto las características como el rendimiento de la batería no sufrirán cambios dentro del rango de temperaturas que se haya definido. La batería se coloca dentro de una cámara en la cual se va variando la temperatura entre los valores máximo y mínimo del rango, e incluso se pueden superar dichos valores extremos.

Por último, en la prueba de vida se comprueba que la batería funcionará adecuadamente durante el tiempo que dure la misión al simular las condiciones que se encontrará en la realidad.