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Cristales de Cuarzo Microbalanza para el Espacio: Diseño y Pruebas de un Soporte Cuasi-Cinemático Impreso en 3D

Autores: Scaccabarozzi, Diego; Saggin, Bortolino; Magni, Marianna; Corti, Marco Giovanni; Valnegri, Pietro; Palomba, Ernesto; Longobardo, Andrea; Dirri, Fabrizio; Zampetti, Emiliano

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Cristales de Cuarzo Microbalanza para el Espacio: Diseño y Pruebas de un Soporte Cuasi-Cinemático Impreso en 3D


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Desgasificación
Contaminantes generados por el propulsor
Superficies ópticas
Microbalanzas de cristal de cuarzo
Entornos mecánicos y térmicos
Tecnología de impresión 3D

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 14

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La desgasificación o los contaminantes generados por los propulsores son críticos para las superficies ópticas y las cargas ópticas porque las mediciones científicas y, en general, el rendimiento pueden verse degradados o comprometidos por una contaminación incontrolada. Este es un problema bien conocido en la tecnología espacial que se demuestra por el creciente uso de microbalanzas de cristal de cuarzo como solución para medir las propiedades de desgasificación de materiales y caracterizar el entorno de contaminación en órbita. La operación en el espacio requiere compatibilidad con requisitos críticos, especialmente los entornos mecánicos y térmicos que se enfrentarán a lo largo de la misión. Este trabajo proporciona el diseño de una estructura de soporte basada en tecnología de impresión 3D concebida para cumplir con las características ambientales de la aplicación espacial, y en particular, para enfrentar entornos mecánicos y térmicos severos. Se ha concebido un montaje cinemático para garantizar la compatibilidad con un amplio rango de temperaturas, y se ha diseñado mediante métodos de elementos finitos para superar las cargas durante las fases de lanzamiento y hacer frente a un rango de trabajo de temperatura que llega hasta temperaturas criogénicas. La calificación en tales entornos se ha realizado en un modelo a escala probando un prototipo del conjunto de soporte entre -110 grados C y 110 grados C, permitiendo la verificación de la resistencia mecánica y la estabilidad de los contactos eléctricos para el calentador y sensor integrados en ese rango de temperatura. Además, se realizaron pruebas mecánicas en un entorno aleatorio caracterizado por un nivel de aceleración RMS de 500 m/s y una frecuencia de excitación de 20 a 2000 Hz con éxito. La actividad de prueba permitió validar el diseño propuesto y abrió el camino a la posible implementación del diseño propuesto para futuras oportunidades de vuelo, también a bordo de microsatélites o nanosatélites. Además, aprovechando la tecnología de fabricación, el diseño propuesto puede implementar un fácil ensamblaje y montaje del sistema de soporte. Al mismo tiempo, la impresión 3D proporciona una solución rentable incluso para la producción de pequeñas series para aplicaciones en tierra, como el monitoreo de contaminantes en cámaras termo-vacío o salas limpias, o cámaras de deposición.

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