Novo conjunto de anel deslizante atende ao alto

O ambiente hostil do espaço exige que os engenheiros espaciais forneçam componentes e materiais especializados para satélites robustos e confiáveis. Desses muitos componentes especializados, um de particular interesse é o conjunto do anel coletor, que evita falhas de fiação em um satélite giratório.

Recentemente, pesquisadores do Centro Suíço de Plasma (SPC) da Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) anunciaram um conjunto de anel deslizante recém-projetado que pode suportar tensões mais altas de satélites movidos a energia solar. Neste artigo, discutiremos os conjuntos de anéis coletores, seu papel nos satélites e a nova pesquisa da SPC.

Em muitos dispositivos eletromecânicos, especialmente aqueles que giram, um desafio de confiabilidade significativo é a fiação. Por exemplo, em um dispositivo com sensores estacionários montados em uma superfície rotativa, os fios que fornecem energia aos sensores e leitura de E/S provavelmente ficarão torcidos e, eventualmente, quebrarão em uma configuração normal. Conjuntos de anéis coletores são componentes importantes para resolver esse problema.

Um conjunto de anel deslizante é um dispositivo eletromecânico projetado especificamente para fornecer energia e sinais de uma estrutura imóvel para um dispositivo rotativo. Um conjunto de anel deslizante padrão consiste em uma série de anéis de metal sólido em torno de um eixo rotativo. À medida que os anéis giram, uma série de contatos de escova, que são conectados a fios de entrada do dispositivo estacionário, mantêm uma conexão constante com os anéis, permitindo a condução de sinais elétricos. Cada anel é então conectado a fios de saída que também podem ser girados no eixo.

Para que os satélites funcionem e se comuniquem com a Terra adequadamente, eles precisam manter a mesma orientação para a Terra. Como os satélites estão em órbita, sua orientação mudará naturalmente com o tempo. Para resolver esse problema, a maioria dos satélites gira em intervalos regulares para se manter alinhados.

Os conjuntos de anéis deslizantes permitem que um satélite gire livremente sem o risco de falha dos cabos internos. Em um satélite, um anel deslizante é amplamente usado para fornecer energia entre o painel solar a bordo do sistema para outros componentes, como o computador de bordo, sensores ou sistemas de propulsão.

Os conjuntos de anéis coletores operam em tensões relativamente baixas; quando um anel coletor atinge 200 V, as chances de formação de arco aumentam significativamente. Agora, como os satélites estão ficando mais poderosos e precisam de tensões mais altas, a Agência Espacial Européia lançou o programa APRIOM (Anel Deslizante Avançado para Mecanismo de Alta Tensão) para desafiar os engenheiros a encontrar uma solução melhor para o anel deslizante.

Esta semana, pesquisadores da SPC, em colaboração com a Beyond Gravity e com o apoio da Agência Espacial Européia, projetaram com sucesso um novo conjunto de anel deslizante que pode suportar as tensões mais altas necessárias para os satélites. Diz-se que o novo anel aumenta a faixa de tensão dos conjuntos de anéis deslizantes satélites de seu estado atual de 28 a 100 V até 300 a 600 V. O anel já funcionou entre 400 e 500 V e 8 A.

Além da alta tensão, o conjunto do anel deslizante da SPC também exibiu alto desempenho em baixas pressões, resultando em uma potência transferida de até 40 kW. A SPC ainda não divulgou detalhes sobre as técnicas de design específicas usadas na nova tecnologia de anel deslizante.

Além de atender à crescente necessidade de maior voltagem nos satélites, o trabalho da equipe SPC neste conjunto de anel deslizante visa superar o risco de falha elétrica no espaço - um evento que poderia gerar plasma que danificaria criticamente o satélite.

Os satélites sofrem imensas mudanças de pressão desde o lançamento até o vácuo profundo do espaço, o que afeta integralmente os componentes elétricos que dependem das condições de vácuo. Embora as soluções anteriores dependessem de configurações complexas de circuitos elétricos para gerenciar essa pressão, esses circuitos podem interferir no funcionamento do satélite. O novo conjunto do anel deslizante pode operar desde pressões extremamente baixas (10-5 mbar) até valores críticos de pressão (~1 mbar), resolvendo esse problema.