El nuevo conjunto de anillos deslizantes cumple con lo alto

El entorno hostil del espacio requiere que los ingenieros espaciales obtengan componentes y materiales especializados para satélites robustos y confiables. De estos muchos componentes especializados, uno de particular interés es el conjunto de anillos deslizantes, que niega las fallas de cableado en un satélite giratorio.

Recientemente, investigadores del Centro Suizo de Plasma (SPC) de la Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) anunciaron un conjunto de anillos deslizantes de nuevo diseño que puede soportar los voltajes más altos de los satélites alimentados por energía solar. En este artículo, analizaremos los conjuntos de anillos deslizantes, su función en los satélites y la nueva investigación de SPC.

En muchos dispositivos electromecánicos, especialmente aquellos que giran, un desafío significativo de confiabilidad es el cableado. Por ejemplo, en un dispositivo con sensores estacionarios montados en una superficie giratoria, es probable que los cables que proporcionan alimentación a los sensores y lectura de E/S se retuerzan y eventualmente se rompan en una configuración normal. Los conjuntos de anillos deslizantes son componentes importantes para resolver este problema.

Un conjunto de anillos deslizantes es un dispositivo electromecánico diseñado específicamente para suministrar energía y señales desde una estructura inmóvil a un dispositivo giratorio. Un conjunto estándar de anillos deslizantes consta de una serie de anillos de metal sólido alrededor de un eje giratorio. A medida que giran los anillos, una serie de contactos de cepillo, que están conectados a los cables de entrada del dispositivo estacionario, mantienen una conexión constante con los anillos, lo que permite la conducción de señales eléctricas. Luego, cada anillo se conecta a los cables de salida que también giran en el eje.

Para que los satélites funcionen y se comuniquen correctamente con la tierra, deben mantener la misma orientación con respecto a la tierra. Dado que los satélites están en órbita, su orientación cambiará naturalmente con el tiempo. Para resolver este problema, la mayoría de los satélites giran a intervalos regulares para mantenerse alineados.

Los conjuntos de anillos deslizantes permiten que un satélite gire libremente sin el riesgo de que fallen los cables internos. En un satélite, un anillo deslizante se usa principalmente para proporcionar energía entre el conjunto de paneles solares a bordo del sistema y otros componentes, como la computadora a bordo, los sensores o los sistemas de propulsores.

Los conjuntos de anillos colectores funcionan con voltajes relativamente bajos; una vez que un anillo colector alcanza los 200 V, las posibilidades de arco aumentan significativamente. Ahora, a medida que los satélites son cada vez más potentes y necesitan voltajes más altos, la Agencia Espacial Europea lanzó el programa APRIOM (Anillo deslizante avanzado para mecanismos de alta tensión) para desafiar a los ingenieros a encontrar una mejor solución de anillo deslizante.

Esta semana, investigadores de SPC, en colaboración con Beyond Gravity y con el apoyo de la Agencia Espacial Europea, diseñaron con éxito un nuevo conjunto de anillo deslizante que puede soportar los voltajes más altos necesarios para los satélites. Se dice que el nuevo anillo eleva el rango de voltaje de los conjuntos de anillos colectores de satélite desde su estado actual de 28–100 V hasta 300–600 V. El anillo ya ha funcionado dentro de 400–500 V y 8 A.

Más allá de la alta tensión, el conjunto de anillos deslizantes de SPC también mostró un alto rendimiento a bajas presiones, lo que resultó en una potencia transferida de hasta 40 kW. SPC aún no ha publicado detalles sobre las técnicas de diseño específicas utilizadas en la nueva tecnología de anillos deslizantes.

Además de satisfacer la creciente necesidad de mayor voltaje en los satélites, el trabajo del equipo de SPC en este conjunto de anillos deslizantes tiene como objetivo superar el riesgo de falla eléctrica en el espacio, un evento que podría generar plasma que dañaría gravemente el satélite.

Los satélites experimentan inmensos cambios de presión desde el lanzamiento hasta el profundo vacío del espacio, lo que afecta integralmente a los componentes eléctricos que dependen de las condiciones del vacío. Si bien las soluciones anteriores se han basado en configuraciones complejas de circuitos eléctricos para manejar esta presión, estos circuitos pueden interferir con la función del satélite. El nuevo conjunto de anillos colectores puede operar desde presiones extremadamente bajas (10-5 mbar) hasta valores de presión críticos (~1 mbar), resolviendo este problema.

Un anillo también debe dar una cantidad de vueltas cada día, lo que equivale a 11 000 vueltas después de 30 años de funcionamiento, lo que puede desgastar el componente con el tiempo. Sin embargo, el nuevo componente demostró una alta confiabilidad mecánica, manteniendo la operación después de 25 000 vueltas, el equivalente a más de 60 años de operación estándar en un satélite geoestacionario.