El Gimbal PRE2POS de ARQUIMEA, un programa de innovación de H2020 . La solución para los pequeños satélites.

EL PROYECTO

PRE2POS son las siglas de mecanismos de accionamiento basados en la PREcisión para dispositivos de POSicionamiento de alta PREcisión y eficiencia energética. Se trata de un proyecto de I+D llevado a cabo en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte2020 de la Unión Europea por un consorcio formado por ARQUIMEA y la empresa italiana Phi Drive. PRE2POS se centró en la validación de nuevos actuadores rotativos que utilizan un motor innovador que aprovecha el desplazamiento de la deformación micrométrica de las pilas piezoeléctricas para conseguir un movimiento rotativo o lineal infinito. El proyecto también incluyó el análisis y la definición de los próximos pasos hacia la industrialización y comercialización del producto resultante.

El objetivo final es incluir los actuadores rotativos en equipos y mecanismos clave utilizados en las naves espaciales, como los mecanismos de accionamiento de los grupos de paneles solares, los mecanismos de apuntamiento de antenas o los mecanismos de despliegue, como los brazos y los mástiles, en los que los usuarios finales buscan constantemente alta precisión, poco peso, eficiencia energética y costes de fabricación bajos.

El proyecto finalizó con éxito en 2020 con la aprobación formal de la Comisión Europea.

En la actualidad, las principales acciones comerciales ya han comenzado y están orientadas a plataformas de satélites nuevas y pequeñas aún en desarrollo que podrían estar más interesadas en utilizar esta tecnología disruptiva para ser más competitivas.

 

RETO

El equipo del proyecto tenía que desarrollar una nueva solución de vanguardia con el objetivo de mejorar las prestaciones técnicas y económicas de los productos equivalentes disponibles en la actualidad.

Se desarrolló y validó un actuador rotativo completo para el mercado espacial teniendo en cuenta el dimensionamiento del motor de accionamiento y la optimización de su rendimiento.

Además, se desarrolló un diseño inteligente para garantizar una integración rentable de los componentes del motor Pre2Pos en el diseño personalizado del cardán de ARQUIMEA.

Por último, como la idea era utilizar esta solución en futuras plataformas de satélites pequeños que requieran productos listos para usar y con un plazo de entrega corto, el cardán tenía que ser un producto estándar, de coste asequible y con un plazo de entrega corto.

 

SOLUCIÓN

El cardán de ARQUIMEA activado mediante el dispositivo motor de Phi Drive es un posicionador de dos ejes cuya función es dirigir con precisión una carga. El cardán está formado por dos motores accionados por pilas piezoeléctricas con redundancia eléctrica. Incluye dos grados de libertad: la rotación en los ejes de alabeo y guiñada.

El diseño del sistema muestra capacidades de par motor moderadas (la relación par motor/masa es de +95 % en comparación con las soluciones existentes), lo que proporciona una simplificación del sistema con una precisión y resolución muy elevadas y una holgura muy baja para el usuario que evita el uso de cajas de engranajes adicionales.

El cardán de ARQUIMEA se basa en el accionamiento coordinado de varias pilas piezoeléctricas separadas en dos fases que opera con cierto desplazamiento de fase. El sistema ofrece pasos rotativos individuales tan pequeños como 0,002º con una velocidad moderada.

Mediante la adaptación de los parámetros de trabajo, el par motor de salida o la velocidad de giro pueden ajustarse a los requisitos técnicos necesarios. Asimismo, el control de posición puede adaptarse a las distintas necesidades, ya que este cardán controla la posición mediante un codificador óptico. 

Cardán de ARQUIMEA

 

ARQUIMEA y Phi Drive desarrollaron la solución completa para la liberación y el despliegue de las antenas, los instrumentos científicos y el apuntamiento y posicionamiento de los reflectores.

 

RESULTADOS

Se fabricaron un total de tres modelos EQM del sistema para validar la solución. La campaña de pruebas de aceptación de los modelos EQM se llevó a cabo y se concluyó a finales de 2019. Esta solución fue probada satisfactoriamente teniendo en cuenta los requisitos y las condiciones operativas y de diseño de las aplicaciones espaciales.

El cardán de ARQUIMEA, junto con el motor de Phi Drive, demostraron ser la solución adecuada para las aplicaciones objetivo en los pequeños satélites.