MetOp Second Generation (MetOp-SG) is een vervolgsysteem voor de succesvolle MetOp-satellieten, waarvan de laatste in 2018 in zijn polaire baan van 800 km werd gelanceerd.

MetOp-SG is Europa's onderdeel van het Joint Polar System, dat is een samenwerking met de VS. Eumetsat, de Europese Organisatie voor de exploitatie van meteorologische satellieten, exploiteert de MetOp-satellieten en is verantwoordelijk voor de ontwikkeling van het grondsegment van het systeem en het leveren van de meteorologische gegevens aan de wereldwijde gebruikersgemeenschap. ESA is verantwoordelijk voor het ontwerpen en vervaardigen van het ruimtesegment van het systeem:de satellieten zelf.

Voor deze campagne was het testitem geen vluchthardware maar een prototypeversie die speciaal is gebouwd voor eerste tests, bekend als het structurele en thermische model (STM).

Deze eerste MetOp-SG-satelliet, met een hoogte van 6,5 m en een gewicht van 4,4 ton inclusief drijfgas, werd geschud, geschokt en in langdurig vacuüm onder gesimuleerd zonlicht geplaatst om de kwalificatie van het ontwerp voor lancering en gereedheid voor de ruimte aan te tonen.

De MetOp Second Generation-missie bestaat eigenlijk uit twee verschillende satellieten, elk met verschillende reeksen instrumenten aan boord.

"Onze STM is eigenlijk een hybride van deze twee satellietontwerpen, " legt Nick Goody uit, de voortstuwings- en assemblage-integratie- en testingenieur van de missie.

"De twee satellieten hebben een gemeenschappelijk platform, terwijl de STM is uitgerust met de nadir-aanwijsinstrumenten van satelliet-A plus items van de payload-eenheid van satelliet-B, inclusief versterkers en voedingen. Deze hybride configuratie resulteert in de maximale massa- en vermogensdissipatie voor de STM-tests, bestemd voor mechanische en thermische kwalificatie. Die kwalificatiedoelstellingen die niet onder de STM vallen, zullen worden aangepakt door de SAT-A en SAT-B proto-flight-modellen."

De testcampagne begon in december 2018 in de vestiging van Airbus Defence and Space in Toulouse, waar dummy-eenheden, thermische hardware en elektrische harnas werd geïntegreerd, samen met de voortstuwingsmodule geleverd door de Airbus-faciliteit in Stevenage, VK. Dit werd gevolgd door de integratie van testmodellen van de instrumenten en de voltooiing van het harnas - het doolhof van bedrading dat alles met elkaar verbindt - en de meerlaagse isolatieverpakking.

"Er is een microvibratietestcampagne uitgevoerd om de overdrachtsfuncties tussen de instrumenten en andere microvibratie-exporteurs zoals de reactiewielen, " zei MetOp-SG satelliet engineering manager Enrico Corpaccioli.

"Deze metingen stellen ons in staat om de effecten van microtrillingen op de instrumenten beter te analyseren tijdens de werking van de satelliet wanneer deze zich in een baan om de aarde bevindt. Er werden ook uitlijningsmetingen uitgevoerd om een ​​referentie te bieden voordat de omgevingstests begonnen."

Vervolgens, in juni 2019, de STM is getransporteerd naar het ESTEC Testcentrum in Noordwijk. De grootste satelliettestsite van Europa, het centrum is uitgerust met faciliteiten om elk aspect van de ruimteomgeving onder één cleanroomdak te simuleren.

Hier werd hij uitgepakt voor trillingstests. Het werd vervolgens gevuld met 760 kg gedemineraliseerd water, in plaats van het hydrazine-drijfgas waarmee het vóór de lancering van brandstof zal worden voorzien, voor het testen van sinussen langs elke as - die een progressieve reeks frequenties en amplitudes ondergaan om mogelijke schadelijke structurele resonanties op te sporen.

"Kwalificatieniveaus worden toegepast op de STM-structuur, " voegt Niek toe, "wat betekent dat de amplitudes aanzienlijk boven de verwachte vliegniveaus liggen en dat de duur langer is om de nodige marge in het ontwerp aan te tonen."

Er werd ook een quasi-statische belastingstest uitgevoerd. Satellieten worden tijdens de lanceringsfase blootgesteld aan gelijktijdige statische en dynamische belastingen als gevolg van de acceleratie en aerodynamica van de launcher. Deze quasi-statische belastingstest combineert statische en dynamische belastingen tot een equivalente belasting die gedurende enkele seconden in een sinusburst met hoge amplitude op de satelliet wordt uitgeoefend.

Een raketlancering is een extreem luidruchtige gebeurtenis, dus MetOp-SG werd vervolgens overgebracht naar de Large European Acoustic Facility. Hier wordt stikstof door massieve akoestische hoorns geleid in een afgesloten kamer, het nabootsen van het geluid van een lancering.

De volgende stap was een 'fit check' en scheidingstest, waarbij de satelliet wordt gekoppeld met een lanceeradapter geleverd door Arianespace, om te garanderen dat de twee ontwerpen in elkaar passen zoals bedoeld en dat de ring waarmee de satelliet aan de draagraket is bevestigd - ook wel de klemband genoemd - correct werkt, zodat de scheiding zonder enig probleem kan plaatsvinden.

Vervolgens kwam de thermische testfase, waarbij MetOp-SG naar de Large Space Simulator ging, de grootste vacuümkamer van Europa, uitgerust met een zonnesimulator op basis van een reeks krachtige lampen.

Een aantal banen werden gesimuleerd in verschillende warme en koude omstandigheden totdat thermische stabiliteit binnen vastgestelde niveaus werd bereikt. De resultaten van deze test maken experimentele correlatie mogelijk van het wiskundige thermische model van het ruimtevaartuig, gebruikt om het ontwerp van de thermische controle te verifiëren.

De tests werden afgesloten met verdere uitlijningstests - om te controleren of het model zijn testregime had doorstaan ​​zonder structurele vervorming - en een lekcontrole waarbij de voortstuwingsmodule met heliumgas werd gevuld.

"Deze testcampagne heeft belangrijke kwalificatiegegevens opgeleverd, " voegt Niek toe, "waardoor de modellen kunnen worden gecorreleerd met representatieve testgegevens en de analyse die tijdens de ontwerpfase is uitgevoerd, wordt bevestigd. Het structurele thermische model is nu teruggebracht naar Toulouse in Frankrijk, waar de instrumentmodellen, voortstuwingsmodule en dummy-eenheden worden verwijderd.

"De satelliet STM-structuur en voortstuwingsmodule zullen worden teruggestuurd naar hun leveranciers voor renovatie, omdat ze bestemd zijn om te worden gebruikt in het tweede vluchtmodel van MetOp SG-A."

Een verhaal van twee MetOp-SG's

Het MetOp-SG-systeem met twee satellieten levert gegevens uit de polaire baan voor weersvoorspellingen en klimaatmonitoring en de reeks instrumenten geeft informatie over atmosferische chemie, luchtkwaliteit, oceanografie, hydrologie, wind, zee ijs, neerslag- en temperatuurprofielen in de atmosfeer.

MetOp SG-A host IASI-NG (Infrared Atmospheric Sounder Interferometer-New Generation), ontwikkeld door de Franse ruimtevaartorganisatie CNES; de geavanceerde multispectrale imaging-radiometer METimage, ontwikkeld door het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum DLR; de door ESA ontwikkelde Copernicus Sentinel-5 voor atmosferische sonderen plus ESA's MWS (Microwave Sounder); 3MI ((Multiview Multichannel Multipolarization Imager) en RO (Radio Occultation) instrumenten.

MetOp SG-B bevat dezelfde RO-instrumenten als MetOp-SG-A plus de door ESA ontwikkelde SCA (Scatterometer), ICI (Ice Cloud Imager), MWI (MicroWave Imager) en de door CNES bijgedragen Argos Data Collection Service, het verzamelen van informatie van zeeboeien en een Space Environment Monitor bijgedragen door Thales Alenia Space.

MetOp-SG zal naar verwachting in 2023 in gebruik worden genomen.