ESA:s nyaste radiofrekvenstestanläggning tillåter direkt mätning av antennsystem i just de vakuumförhållanden och termiska extremer de kommer att arbeta i, inklusive kylan av rymden. Det kommer snart att sättas igång med att testa Juice-uppdragets radiometer – avsedd att undersöka de tunna atmosfärerna på Jupiters största månar.

Den nyligen färdigställda anläggningen kallas Low-temperature Near-field Terahertz Chamber, eller Lorentz. Baserad på ESTEC i Nederländerna, den kan testa högfrekventa RF-system som fristående antenner och kompletta radiometrar på mellan 50 till 1250 Gigahertz i rymdkvalitetsvakuum i flera dagar i sträck, i temperatur från bara 90 grader över absoluta nollpunkten upp till 120 °C.

"Det finns inget annat som detta i världen, " säger ESA:s antenningenjör Luis Rolo. "Det möjliggör en helt ny kapacitet inom RF-antenntestning.

"Anledningen till att vi behöver det är för att viktiga RF-variabler som brännvidd och precisionsinriktning påverkas av material som krymper med kyla eller sväller av värme. Följaktligen är standardtestning av rumstemperatur inte representativ under sådana förhållanden - i allt väsentligt är de nästan bli som olika instrument. Detta blev uppenbart så länge sedan som Planck-uppdraget 2009, som arbetade vid kryogena temperaturer för att fånga upp mikrovågsspår av Big Bang."

ESA:s antenningenjör Paul Moseley tillägger:"Men medan behovet av en sådan anläggning är tydligt, design, att bygga och avsluta Lorentz har visat sig vara extremt utmanande. Detta beror på att medan ena sidan av kammaren når mycket höga eller låga temperaturer, den andra sidan måste hålla sig i rumstemperatur. Skannern som skaffar RF-signaleffekt och fältmönster måste hållas under stabila miljöförhållanden för att säkerställa tillförlitlig, korsjämförbara data."

Att göra Lorentz möjlig innebar att man lånade designtekniker från kryogen radioastronomi, tillsammans med djupgående råd från ESA:s termiska och mekaniska experter:

"Det här är ett så multidisciplinärt projekt, med så många nya element för oss, som antenningenjörer, ", tillägger Luis "Under installations- och driftsättningsfaserna fick vi ett anmärkningsvärt stöd från människor som har arbetat med kryokammare och komplexa mekaniska system i många år, såsom ESA och European Test Services termiska vakuumteam och naturligtvis ESTEC:s elektromekaniska verkstad. Deras stöd var mycket värdefullt och mycket uppskattat."

Anläggningen är baserad på en vakuumkammare i rostfritt stål med en diameter på 2,8 m. Att arbeta i vakuum innebar att de välbekanta taggiga väggbeklädnader av skum som vanligtvis används för att dämpa reflekterade signaler i RF-testkammare måste bytas ut på grund av risken för att föroreningar "utgasas". Istället absorberar svart kolepoxi som innehåller kiselkarbidkorn och sprider signaler.

Flytande kväve kan pumpas in i innerbeklädnaden av vakuumkammaren för att kyla den, eller alternativt gasformigt kväve för att höja temperaturen, vanligtvis inriktar sig på en stadig "platå" för teständamål.

Själva testobjektet kan roteras under testning eftersom skannern – dess position kan regleras ner till några tusendels millimeter – registrerar sin signal från andra sidan av kammarens termiska barriär. Hålls isolerad med flerskiktsisolering och en luftspalt, denna termiska barriär kan röra sig för att låta den mobila skannern titta igenom, uppnår ett synfält på 70x70 cm.

Lorentz kammare anlände till ESTEC i september förra året. Månader av arbete följde för att integrera, testa och färdigställa anläggningen. Testkampanjer har redan genomförts, uppnå förväntad prestanda.

I maj kommer Lorentz att utvärdera sitt första flygobjekt:Sub-millimeter Wave Imager-radiometern från ESA:s Juice-uppdrag, som kommer att undersöka de knappa atmosfärerna hos Jupiters galileiska månar och deras interaktion med den jovianska atmosfären och magnetfältet.