Development of a miniaturized pump for space application

The subject of the thesis is to design and develop a pump for the instrument MicroMED for future space mission program. The pump is a rotary vane pump and its objective is to absorb the Martian atmospheric dust and send it to the optical stage of MicroMED to analyze observed samples. In this work, redesign and development of a commercially available pump has been performed. Materials have been selected focusing on the CTE characteristics and outgassing properties in vacuum condition. These are critical aspects to be considered in order to assure fittings of the inner chamber and avoid thermos-elastic stresses or gripping of the pump within the expected temperature environment. Pump design has been changed without modifying the compression chamber in order to assure the expected performances of the commercial model. In fact, the whole work is done with the intention to minimize the required mass without compromising pump performances. Some FE analyses allowed verification of the resistance of the pump within expected mechanical environment. A second phase of the work involves design of a setup to measure the performance of the designed pump in room conditions (20 ºC and 1000 mbar) and in vacuum (achieving a condition similar to the Martian environment). The adopted testing system wants to upgrade of former testing procedure. A commercial available pump has been tested, partially validating the proposed setup at low vacuum pressure up to 80 mbar with respect to sensor limitations.

L'argomento della tesi è il progetto e sviluppo di una pompa per lo strumento Micromed. Si tratta di una pompa rotativa il cui obiettivo è quello di assorbire polveri presenti nell’atmosfera marziana ed inviarle alla fase ottica di Micromed per analizzare i campioni osservati. In questo lavoro, è stata eseguita la riprogettazione e lo sviluppo a partire da una pompa disponibile in commercio. I materiali sono stati selezionati concentrandosi sulle caratteristiche del CTE e sulle proprietà di degassamento in condizione di vuoto. Questi sono aspetti critici da considerare per assicurare la tenuta della camera interna ed evitare sollecitazioni termoelastiche o di presa della pompa all'interno della temperatura dell'ambiente prevista. Il design della pompa è stato modificato lasciando inalterata la camera di compressione per garantire le prestazioni del modello commerciale. L'intero lavoro è stato fatto con l'intento di ridurre al minimo la massa richiesta, senza compromettere le prestazioni della pompa. Alcune analisi ad elementi finiti hanno consentito la verifica della resistenza della pompa nelle condizioni d’esercizio previste. Nella seconda fase del lavoro consiste è stato progettato un setup per misurare le prestazioni della pompa in condizioni ambiente (20 ° C e 1000 mbar) e alla pressione di circa 10 mbar (condizione simile a quella dell'ambiente marziano). Il sistema di prova adottato ha aggiornato la procedura di test adottata in precedenza. Una pompa disponibile in commercio è stata testata. Il setup proposto è stato parzialmente validato a partire da condizione di vuoto fino ad una pressione di 80 mbar.