Testing and optimization of the tunable dumping system for vibration control of a space devoted instrument

In this work the testing and the optimization of the vibration damping system designed for a space application is performed. The damping system consists of three versatile and adjustable dampers whose main objective is to control the vibrations transmitted to the Mars Infrared MApper (MIMA) through its mounting interface during its launch and landing on Mars surface. This is essential in order to assure the survival of the main instrument parts and especially of the brittle optics, which has to overcome a random loading with an RMS acceleration of 150 m/s2 in a frequency range encompassing the main structure resonances. The environmental conditions have been simulated through shaker tests on a single individual damper to characterize its dynamic properties and finally achieving its optimal tuning. Further shaker tests were performed on an inertially equivalent mockup of the instrument with the aim to investigate the performance of the full dampers system and predict the instrument transmitted vibrations. Alongside the experimental procedures, a computational model of the test setup is also established and this model is validated with feedback from the mockup tests at the expected vibration levels. Finally an optimized damper configuration is conceived by minimization of the transmissibility in the frequency regions of “dangerous random” evaluated on the instrument optics.

Lo scopo del presente lavoro è la sperimentazione e l'ottimizzazione di un sistema di smorzamento per impiego spaziale. Il sistema consiste di tre "damper" con l'obiettivo di controllare i livelli di eccitazione trasmessi allo spettrometro MIMA, durante le fasi di lancio e di atterraggio su Marte. Tale sistema deve garantire il superamento degli elevati livelli di accelerazione attesi per la missione, in particolare, le ottiche dello strumento devono superare senza danneggiamento, un eccitazione di tipo "random" che interessa un ampio intervallo di frequenze e il cui valore RMS è pari a 150 m/s2. I livelli di eccitazione previsti per la missione sono stati simulati utilizzando un eccitatore elettrodinamico e i parametri dinamici di ogni singolo damper sono stati definiti ed ottimizzati. La progettazione di un modello dinamico equivalente dello strumento ha reso possibile l'analisi delle prestazioni dei dampers attraverso la valutazione delle vibrazioni trasmesse allo strumento. Parallelamente all'attività sperimentale, un modello ad elementi finiti del mockup dello strumento è stato sviluppato e validato in seguito al confronto con i risultati sperimentali ottenuti. La configurazione ottimale del sistema di smorzamento è stata quindi definita, minimizzando la trasmissibilità dell'eccitazione "random" nel campo di frequenze in cui risulta essere particolarmente gravosa per lo strumento.