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Un motore ad alta velocità per i piccoli satelliti

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Celeroton ed i ricercatori da ETH hanno sviluppato un motore elettrico magneticamente levitato ultraveloce per le ruote della reazione. L'operazione ad alta velocità permette la miniaturizzazione intensiva del sistema di azionamento, rendente la attraente per uso in piccoli satelliti

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150.000 giri al minuto dizzying: i ricercatori da ETH Zurigo (dipartimento di tecnologia dell'informazione e di elettrotecnico) e Celeroton hanno sviluppato un motore elettrico magneticamente levitato ultraveloce per le ruote della reazione. L'alta velocità di rotazione permette la miniaturizzazione intensiva del sistema di azionamento, rendente la attraente per uso in piccoli satelliti.

Arda Tüysüz (ETH/PES, nella parte anteriore) e un impiegato del lavoro di Celeroton sul nuovo motore ultraveloce nel loro laboratorio.

«Realmente, c'è niente di particolarmente nuovo a questo proposito,» è la linea modesta presa da Arda Tüysüz, un postdoc al laboratorio di Electronic Systems di potere di ETH Zurigo (SEDE POTENZIALE DI ESPLOSIONE). «L'elettronica, i cuscinetti magnetici, comprensione del principio fisico fondamentale – era già tutto là.» Tuttavia, l'ingegneria delle conoscenze dei ricercatori della SEDE POTENZIALE DI ESPLOSIONE è evidente nella loro capacità di combinare questi fondamenti nel motore ad alta velocità, che può eseguire 20 volte più velocemente dello stato dell'arte e quale è notevolmente più piccolo e più di ottimo rendimento. In collaborazione con il ETH Celeroton secondario, Tüysüz ed i colleghi hanno sviluppato un nuovo genere di motore magneticamente levitato della ruota della reazione che raggiunge le velocità di più di 150.000 giri al minuto.

Le ruote elettricamente guidate della reazione di questo genere sono utilizzate all'interno dei satelliti per cambiare l'atteggiamento del satellite. Qui, la ruota della reazione è collegata ad un motore elettrico tramite asse (rotore). Non appena il volano guidato da questo motore gira in una direzione circa il suo proprio asse, una coppia di torsione è trasmessa al satellite, che poi gira nella direzione opposta e così in un nuovo orientamento.

In sistemi attuali, i rotori e le ruote della reazione sono montati tipicamente sui cuscinetti a sfera che si logorano relativamente rapidamente. Per minimizzare l'usura meccanica, i motori di questo genere sono azionati solitamente più lentamente di 6.000 giri al minuto. Anche devono essere immagazzinati in un alloggio chiuso ermeticamente in un'atmosfera a bassa pressione dell'azoto, per evitare l'ossidazione dei materiali e dell'evaporazione del lubrificante.

Ancora, le palle in un cuscinetto a sfera non sono esattamente identiche, provocando le forze che insieme allo squilibrio dei microvibrations di trasferimento del rotore all'alloggio del satellite. Ciò riduce la precisione di posizionamento, che i satelliti devono esibire per concedere, per esempio, la misura del laser o la comunicazione del inter satellite. Cioè abbastanza ragioni per ETH Zurigo e Celeroton di progettare un nuovo, sistema di azionamento elettrico magneticamente levitato.

Il lavoro di sviluppo ha cominciato alcuni anni fa con una tesi di dottorato alla SEDE POTENZIALE DI ESPLOSIONE. Un'unità iniziale di dimostrazione è stata presentata dai ricercatori due anni fa ad una conferenza dello specialista nel Giappone. Più recentemente, ad un congresso internazionale a giugno questo anno, hanno presentato un prototipo iniziale di nuovo genere di motore per i piccoli satelliti.

Questo prototipo può essere azionato a fino a 150.000 giri/min. – modelli più veloce comparabili nel passato, come i galleggianti del rotore in un campo magnetico. L'alta velocità di rotazione ha permesso che i ricercatori raggiungessero una profonda riduzione della dimensione del sistema di azionamento, poiché consegna lo stesso momento angolare come grande motore malgrado le sue più piccole dimensioni. Ciò lo rende attraente per uso in piccoli satelliti con le dimensioni sulla scala di uno shoebox.

«Il supporto magnetico inoltre permette che noi evitiamo le vibrazioni,» dice Tüysüz. Poichè il sistema non richiede la lubrificazione, può essere azionato in un vuoto, che lo rende perfetto per uso nello spazio. Inoltre, il supporto magnetico inoltre permette alla ruota della reazione di girare morbidamente ed uniformemente, poichè non c'è la resistenza frizionale quando il sistema comincia muoversi.

«Osservato complessivamente, il nuovo sistema che abbiamo messo a punto è complesso,» dice Tüysüz. L'elettronica di potenza sofisticata è necessaria dirigerla e controllare. «Questo lega perfettamente dentro con un'altra area di centro della competenza di potere del laboratorio di Electronic Systems,» dice l'elettrotecnico. Tüysüz attualmente sta lavorando a come più ulteriormente sviluppare e migliorare l'elettronica di controllo del sistema.

Il sistema messo a punto dai ricercatori di ETH e dai loro colleghi a Celerotron è soltanto un prototipo che è stato usato per dimostrare il principio di funzionamento. I risultati sono stati presentati sulle conferenze, ma il sistema non è ancora disponibile nel commercio. Tuttavia, l'interesse iniziale già è stato espresso dai vari partiti, principalmente l'agenzia spaziale europea (SEC).

Questo progetto è stato sostenuto finanziariamente dal segretariato dello stato per istruzione, la ricerca e l'innovazione (SERI).