Sviluppo di un attuatore bidirezionale per applicazione spaziale

The aim of this work is the development of a linear bidirectional actuator for space application based on shape memory alloys. In particular, the actuator is a Pin Puller that allows linear displacement of a pin when suitably actuated. The project aims to overcome the difficulties evidenced in the initial design phase, proving the mechanism feasibility, but leaving unchanged the concept of its op-erating principle. The project further develops a previous study for the design of a locking mecha-nism for the optics of a Fourier Transform spectrometer named micro-MIMA, developed to be part of the ExoMars mission. The proposed concept is innovative with respect to the available solutions since it allows multiple actuations without the need of feeding power when the system is in open or closed position but only for the transition between the two. This allows performing both the actuation phase and the reset in a totally autonomous way. Moreover modularity of the used mechanism allows meeting different requirements, depending on the faced application. Testing of the SMA wire selected for the intended application provided charac-terization of the actuating element, and therefore available forces for the move-ment phases. The conceived crimping technique has been tested as well, to verify maximum forces that can be provided for the actuation. In parallel, the design and optimization of the actuator has been performed by means of finite element models of the actuator and its main components.

Con il presente lavoro si vuole sviluppare la progettazione di un attuatore lineare, bidirezionale, per applicazione spaziale, basato su una lega a memoria di forma. In particolare l’attuatore appartiene alla categoria dei Pin Puller ovvero la sua funzione è quella di generare lo spostamento lineare di un perno quando opportunamente azionato. L’obiettivo è quello di risolvere alcune criticità evidenziate in una fase precedente del progetto, consolidando la verifica di fattibilità del meccanismo, senza modificare il concetto su cui si basa il suo funzionamento. La ricerca continua un precedente lavoro di tesi per la progettazione di un meccanismo di blocco per l’ottica dello spettrometro di Fourier micro-MIMA, desti-nato alla missione ExoMars. Il concetto rappresenta un’innovazione per i dispositivi del suo genere, poiché permette di realizzare attuazioni successive senza bi-sogno di essere alimentato nelle due posizioni limite ma solo nelle fasi di transizione. Questo permette di svolgere sia la fase d’attuazione, che quella di reset, in maniera del tutto autonoma. Inoltre il suo meccanismo modulare, risulta essere scalabile, per rispondere a esigenze diverse, in funzione dell’applicazione. Si sono svolte delle prove per la caratterizzazione del filo a memoria di forma utilizzato, le quali hanno permesso di valutare le forze necessarie alle diverse fasi di movimento. Si è inoltre ideata una tecnica di crimpatura del filo a memoria di forma, la quale è stata testata per verificare la forza massima generabile in fase d’attuazione. In parallelo, si sono sviluppati differenti modelli ad elementi finiti dei componenti principali, i quali hanno permesso di raffinare la progettazione e l’ottimizzazione dell’attuatore studiato.