Progettazione di un meccanismo di puntamento a due gradi di libertà per applicazione spaziale

Aim of this work is the design of a tilt mechanism for an infrared thermal mapper realized for the EJSM project (Europa Jupiter System Mission), experiment devoted to the study of the Jupiter system. The mechanism has to provide two different rotations of a pointing mirror since both instrument calibration and target tracking are needed. Its design was performed in compliance with the requirements imposed by the mission: therefore mechanism’s mass and size were minimized and system dynamic behavior was set to match the 150 Hz, as lower natural frequency to avoid dangerous dynamic coupling with the rest of the system. Moreover it was demonstrated that mechanism can overcome the quasi-static acceleration of 600 ms-2 specified as design load. In order to validate the design with a focus on the mechanism tilt motion, a mockup was finally assembled. Tests showed that system performance requirements can be reached with the mechanism motion controlled by an open loop strategy.

Lo scopo del seguente lavoro di tesi è la progettazione e realizzazione del sistema di movimentazione dell’ottica principale di un mapper termico infrarosso per lo studio e l’osservazione del sistema Gioviano all’interno del progetto di ricerca EJSM, Europa Jupiter System Mission, una missione nata dalla collaborazione tra le due agenzie spaziali statunitense (NASA) ed europea (ESA) la cui attuazione è prevista per il 2020. Al fine di garantire il funzionamento dello strumento e permettere l’inseguimento del target durante il moto di rivoluzione del satellite attorno al pianeta, al meccanismo sono richieste due rotazioni attorno ad assi differenti rispettivamente di ± 1 rad e 20 mrad . I limiti imposti per la progettazione del meccanismo riguardano le dimensioni massime di ingombro del sistema che dovranno essere compatibili con quelle del telaio del mapper termico, la massa del meccanismo la quale non dovrà superare i 550 g, la potenza, limitata ad un valore massimo di 5 W e infine le caratteristiche dinamiche del sistema le quali dovranno garantire che la prima risonanza sia al di sopra di 150Hz. Inoltre il meccanismo dovrà operare in vuoto garantendo la categoria più ridotta di outgassing per evitare contaminazioni delle superfici ottiche e questo richiede una particolare attenzione nella scelta dei materiali utilizzati. Risultato del lavoro di tesi è la progettazione e verifica di fattibilità del meccanismo e la validazione del funzionamento della rotazione d’inseguimento sfruttando una legge di controllo senza retroazione, grazie all’attività sperimentale svolta su di un prototipo dello stesso.