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- Industria: aeroespacial
- Procesos de fabricación utilizados: mecanizado CNC, Impresión 3D (DMLS – Sinterizado Directo de Metal por Láser)
- Retos: desarrollar componentes altamente especializados para una plataforma de experimentos modular con estrictas limitaciones de calidad y plazos.
- Soluciones: al asociarse con Xometry, el proyecto FENRIR produjo con precisión componentes críticos de FFU, optimizados para cargas vibratorias y condiciones de microgravedad. La colaboración redujo significativamente los plazos de entrega y permitió realizar pruebas e integraciones tempranas.
Hacer más accesible la exploración espacial
El proyecto FENRIR se fundó en la Universidad Tecnológica de Luleå (LTU), en Suecia, como parte del programa REXUS/BEXUS, una iniciativa conjunta del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y la Agencia Espacial Nacional Sueca (SNSA), con el apoyo de la Agencia Espacial Europea (ESA). El programa ofrece a estudiantes de toda Europa la oportunidad de diseñar, construir y lanzar experimentos en cohetes sonda suborbitales, lo que permite adquirir experiencia práctica en investigación aeroespacial.
El proyecto está dirigido por un grupo diverso de estudiantes de la LTU que trabajan en cinco departamentos especializados: mecánica, electricidad, software, ciencia y carga útil, y gestión. Desde su inicio, han participado 25 personas, 16 de las cuales trabajan actualmente en Kiruna (Suecia). Su esfuerzo de colaboración se centra en superar complejos retos de ingeniería al tiempo que se garantiza que la plataforma siga siendo reutilizable para futuras misiones.
La misión del equipo FENRIR es crear una plataforma rentable y adaptable para experimentos en microgravedad, basándose en los éxitos anteriores de LTU. La Unidad de Caída Libre (FFU) está diseñada para ser eyectada del cohete en su apogeo (~80 km), proporcionando aproximadamente 70 segundos de gravedad reducida para experimentos científicos. Esta característica permite a los futuros investigadores centrarse exclusivamente en sus experimentos sin necesidad de diseñar desde cero una plataforma experimental completamente nueva.
Para garantizar el éxito del experimento, la FFU cuenta con un sistema de despliegue controlado de paracaídas para una recuperación segura. Su estructura modular, combinada con un Sistema de Estabilización de Actitud (ATSS) y una carga útil de Material de Cambio de Fase (PCM), proporciona una plataforma de investigación adaptable para futuros estudios de microgravedad.
FENRIR sigue los pasos de proyectos anteriores de LTU, en particular el proyecto ASTER, que formaba parte del programa REXUS/BEXUS, una iniciativa estudiantil europea para la investigación suborbital. ASTER pretendía desarrollar un control de actitud de precisión para las Unidades de Caída Libre. Mientras que ASTER se centró en la estabilización de actitud altamente controlada, FENRIR prioriza la modularidad, permitiendo a los investigadores integrar y adaptar diferentes cargas útiles científicas sin rediseñar toda la plataforma.
ATSS: estabilizar las condiciones de microgravedad
Una de las innovaciones clave de FENRIR es el Sistema de Estabilización de Actitud (ATSS), diseñado para minimizar la velocidad angular durante el descenso, garantizando un entorno de microgravedad estable para los experimentos. El ATSS consta de tres ruedas de reacción montadas perpendicularmente entre sí, que almacenan y redistribuyen el momento angular, ralentizando eficazmente la rotación de la FFU.
Al reducir el movimiento de rotación de la FFU, el ATSS mejora las condiciones experimentales y permite realizar estudios de microgravedad más precisos. A diferencia de los sistemas anteriores, que requerían un complejo control de actitud, el enfoque de FENRIR garantiza la estabilidad al tiempo que mantiene un diseño adaptable que puede utilizarse para futuras investigaciones.
PCM: investigación de materiales de cambio de fase en el espacio
La FFU también alberga una carga útil de Material de Cambio de Fase (PCM), diseñada para investigar cómo los materiales pasan del estado sólido al líquido en microgravedad. La tecnología PCM se utiliza ampliamente en sistemas de control térmico para naves espaciales debido a su capacidad para almacenar y liberar calor, pero su comportamiento en microgravedad sigue siendo poco conocido.
Para colmar esta laguna, el equipo de FENRIR ha desarrollado un módulo experimental dedicado al PCM:
- Una ventana de observación transparente, que permite a las cámaras de a bordo grabar el proceso de transición de fase.
- Un techo de cobre y una almohadilla térmica, que inducen transiciones de fase de forma controlada.
- Cuatro sensores de temperatura internos, que siguen en tiempo real la distribución del calor y el comportamiento de los cambios de fase.
El experimento PCM, combinado con el sistema de estabilización ATSS, proporcionará valiosos conocimientos sobre la regulación térmica en entornos espaciales, contribuyendo a futuros avances en el control térmico de las naves espaciales y la investigación en microgravedad.
Al integrar las cargas útiles ATSS y PCM, FENRIR proporciona una plataforma versátil para futuros estudios de microgravedad. Su arquitectura modular favorece los avances continuos en la investigación espacial, permitiendo a los científicos realizar experimentos sin necesidad de diseñar sistemas completamente nuevos.
Cómo Xometry ayudó a hacer realidad la visión de FENRIR
La fabricación de componentes listos para el espacio requiere una precisión extrema, estrictas tolerancias de materiales y una rápida iteración, retos que el equipo de FENRIR afrontó asociándose con Xometry. Mediante el mecanizado CNC y la impresión 3D avanzada, Xometry proporcionó componentes FFU críticos que cumplían los estándares aeroespaciales y reducían considerablemente los plazos de entrega.
«El apoyo que hemos recibido de nuestros socios ha sido crucial para afrontar los retos de crear una plataforma tan compleja», afirma Eric Almqvist, Jefe del Departamento de Mecánica del Proyecto FENRIR. El Instant Quoting Engine también proporcionó información en tiempo real, lo que permitió al equipo optimizar los diseños para su fabricación.
El equipo de FENRIR seleccionó cuidadosamente los materiales de los componentes basándose en un equilibrio entre resistencia y peso. Las piezas debían resistir las cargas vibratorias durante la misión y mantener la masa del experimento al mínimo. Además, el equipo necesitaba aislar electromagnéticamente las placas de circuito impreso y garantizar la radiosilencia para evitar interferencias con la electrónica de a bordo.
En un principio, el equipo de FENRIR creó los prototipos de las piezas en la propia empresa, iterando sobre sus diseños para satisfacer los requisitos exclusivos del proyecto. A continuación, los ingenieros de Xometry ayudaron a perfeccionar estos diseños, garantizando su fabricación y mejorando la eficiencia de la producción. Las piezas fabricadas por Xometry son los componentes reales que volarán en el cohete sonda REXUS 34, cumpliendo las estrictas normas exigidas para las aplicaciones aeroespaciales.
Xometry fabricó varios componentes clave para el Sistema de Estabilización de Actitud (ATSS) y otros sistemas, entre ellos:
- Placas de pared de aluminio mecanizadas por CNC que forman el cubo estructural de la FFU e incluyen una carcasa de PCB con aislamiento electromagnético para proteger los componentes electrónicos de las interferencias.
- Un soporte de retención de acero inoxidable mecanizado por CNC, capaz de sujetar una carga útil de 3 kg a una rotación de 4 Hz, garantizando la estabilidad durante el funcionamiento de la FFU.
- Una rueda de rotor mecanizada por CNC, vital para el sistema de rueda de reacción dentro del ATSS.
- Un soporte de motor impreso en 3D con DMLS, optimizado para ofrecer una gran relación resistencia-peso en microgravedad.
La combinación de mecanizado CNC e impresión 3D avanzada permitió al equipo de FENRIR obtener componentes adaptados a sus necesidades específicas, garantizando tanto la fabricación como el rendimiento. Gracias a los servicios de Xometry, superaron con éxito sus retos de diseño sin salirse del plazo previsto.
Fabricación de precisión para aplicaciones aeroespaciales
El equipo de FENRIR confió en el motor de presupuestos instantáneos de Xometry para simplificar el proceso de diseño. Al recibir información y estimaciones de costes en tiempo real, pudieron optimizar sus diseños para la fabricación sin salirse del presupuesto.
«El motor de presupuestos instantáneosnos ayudó a comparar rápidamente los procesos de fabricación y facilitó la finalización de nuestros diseños», dijo Almqvist. «Para las piezas más sencillas, el motor de presupuestos instantáneos nos ahorró mucho tiempo, mientras que los componentes más complejos se beneficiaron de las revisiones de ingeniería de Xometry».
Los componentes suministrados por Xometry se integraron perfectamente en los conjuntos finales, cumpliendo las rigurosas normas exigidas para las aplicaciones aeroespaciales. Esta precisión aceleró considerablemente los plazos del equipo, permitiéndoles comenzar las pruebas y la integración antes de lo previsto.
«Nos impresionó la fluidez del proceso, desde el presupuesto hasta la entrega», afirma Almqvist. «La capacidad de Xometry para entregar a tiempo piezas de alta calidad fue esencial para nuestro éxito».
Cuenta atrás: próximas etapas del proyecto FENRIR
Con el lanzamiento de REXUS 34 previsto para marzo de 2025, el equipo de FENRIR está realizando los últimos preparativos y asegurándose de que su plataforma está lista para la misión. Tras el lanzamiento, tienen previsto analizar sus resultados experimentales y publicar sus conclusiones, aportando valiosas ideas a los campos de la investigación de la microgravedad y la tecnología espacial.
Aunque el proyecto FENRIR está a punto de concluir, el equipo sigue decidido a recomendar Xometry a futuros proyectos de la UTS. «El apoyo de Xometry ha sido inestimable, y estamos seguros de que otros equipos de la LTU se beneficiarán de sus servicios en el futuro», concluye Almqvist.
Acerca del Proyecto FENRIR: El Proyecto FENRIR es una iniciativa dirigida por estudiantes de la Universidad Tecnológica de Luleå (LTU) dedicada a hacer avanzar la investigación espacial mediante experimentos innovadores en microgravedad. Como parte del prestigioso programa REXUS/BEXUS, respaldado por el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y la Agencia Espacial Nacional Sueca (SNSA), el equipo diseña y desarrolla unidades modulares de caída libre (FFU) para facilitar una investigación accesible y rentable en gravedad reducida. Mediante la colaboración con socios industriales como Xometry, el proyecto FENRIR combina la fabricación de precisión con la ingeniería de vanguardia para ampliar los límites de la exploración espacial.
Página web: https://project-fenrir.netlify.app/
Contacto: fe********@***il.com
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