Sensores ópticos y giróscopos para los proyectos espaciales argentinos
Instrumentos platenses para una misión espacial. Se fabrican en el CIOp para un cohete que será lanzado en los próximos días.
En un instituto científico de La Plata, el Centro de Investigaciones Opticas (CIOp), se diseñan y construyen sensores ópticos y giróscopos para los proyectos espaciales argentinos. El Centro, que depende de la CIC y del CONICET, es el único laboratorio de nuestro país (y uno de los pocos en América del Sur) que construye este tipo de equipamiento.
Actualmente, el CIOp participa en la misión de lanzamiento del cohete argentino prototipo VEx1 (Vehículo Experimental 1), que es la futura segunda etapa del Tronador II, un cohete para colocar satélites en órbita.
“Los giróscopos ópticos -explicó el doctor Ricardo Duchowicz, director del proyecto de investigación desde 2009- y los sensores que han sido diseñados en el CIOp, junto con su equipo electrónico de control, están basados en la tecnología de fibras ópticas. Actualmente participan 15 profesionales en tareas vinculadas, lo que incluye también un subproyecto de desarrollo de Dispositivos de Optica Integrada”.
Los giróscopos son esenciales para el control de la trayectoria de un cohete. Ellos miden la componente de la velocidad de rotación del vehículo al que están adheridos, en torno al eje sensible del instrumento. Se usan tres unidades para determinar el movimiento tridimensional. Entre los instrumentos diseñados para la serie de vehículos VEx1, se incluye un equipo giróscopo óptico desarrollado en el CIOp.
“Los giróscopos ópticos -apuntó el ingeniero Marcos Mineo, también integrante del proyecto- miden el movimiento de rotación mediante fenómenos de interferencia de dos haces de luz que se propagan por fibras ópticas. Esta información es convertida en señales eléctricas y procesada por un equipo electrónico que la transmite al Sistema de Guía, Navegación y Control de la trayectoria del vehículo. Si éste se desvía de la trayectoria programada, el sistema de control la corrige modificando el ángulo de alineación del sistema de propulsión”.
Mineo considera que los giróscopos de fibra óptica cumplirían en principio con los requerimientos necesarios para el inyector satelital Tronador II de dos etapas. Como antecedentes están la elaboración en el CIOp de giróscopos para el vehículo VS-30 lanzado en 2007, en un proyecto de colaboración entre la CONAE y la Agencia Espacial Brasileña. También se diseñaron en el Centro platense giróscopos para el satélite argentino SAC-D (lanzado en junio de 2011), que tienen el mismo principio de funcionamiento de los actuales.
“Ahora hemos mejorado la detección de señales y el procesamiento de las mismas y evaluaremos los elementos durante las misiones para saber si son aprobados o si debemos hacer modificaciones al diseño actual”, añadió el ingeniero Diego Alustiza.
En cuanto a los sensores ópticos de temperatura y deformación diseñados en el CIOp, utilizan las llamadas “redes de Bragg”, dispositivos grabados en fibras ópticas. Las redes de Bragg se preparan modificando las características físicas de un corto tramo del núcleo de la fibra, exponiéndolo a luz ultravioleta. El tramo modificado tiene aproximadamente un centímetro de longitud y el tratamiento produce que, cuando llega a él la luz inyectada en la fibra, se refleja una componente lumínica que tiene una longitud de onda prefijada.
La longitud de onda reflejada cambia según la temperatura a que se encuentra la fibra óptica, por el esfuerzo mecánico que soporta o por el desplazamiento del material al que está adherida (factores que hacen que la red se expanda o se contraiga). Por ello se la utiliza para medir deformaciones o detectar cambios de temperatura midiendo cambios en el espectro de luz y no en intensidades.
“En el laboratorio llevamos a los sensores a distintas temperaturas, controladas con un termómetro de alta precisión, y medimos el correspondiente corrimiento de la longitud de onda de luz reflejada por la red de Bragg. Con esta calibración, un programa computacional transforma la deformación del sensor a valores de temperatura”, explicó el doctor Duchowicz. “Por otra parte, los sensores de deformaciones están adheridos al fuselaje y se deforman tanto por factores mecánicos como por la temperatura local. Mediante procedimientos de cálculo se resta el efecto térmico, que es determinado por sensores de temperatura cercanos, y se determina así cuál es la deformación mecánica”.
Los sensores ópticos tienen muchas ventajas: son livianos y pequeños, aproximadamente del tamaño de una moneda de 10 centavos. Están conectados por fibras ópticas a un equipo central de monitoreo y pueden llegar de un extremo al otro del vehículo espacial.
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