Progetto FENRIR: Xometry aiuta il team a sviluppare una piattaforma modulare per esperimenti in caduta libera per la ricerca in microgravità

Progetto FENRIR, un'iniziativa studentesca della Luleå University of Technology (LTU) in Svezia, sta sviluppando un'unità modulare a caduta libera (FFU) per esperimenti in microgravità su razzi sonda. L'obiettivo è rendere la ricerca in microgravità più accessibile, migliorando al contempo i sistemi di controllo termico e stabilizzazione. Collaborando con Xometry, il team ha utilizzato la produzione di precisione per realizzare componenti critici, rispettando rigorosi requisiti tecnici e scadenze strette. Grazie a questa partnership, la piattaforma è pronta per il lancio sul razzo REXUS 34. Abbiamo parlato con il team di FENRIR per capire come Xometry abbia supportato la loro missione nella ricerca spaziale.
The Free-Falling Unit (FFU)
  • Settore: Aerospaziale
  • Processi di produzione utilizzati: Lavorazione CNC, Stampa 3D (DMLS – Direct Metal Laser Sintering)
  • Sfide: Sviluppare componenti altamente specializzati per una piattaforma sperimentale modulare, rispettando rigorosi vincoli di qualità e tempistiche
  • Soluzioni: Grazie alla collaborazione con Xometry, il Progetto FENRIR ha prodotto con precisione componenti critici per la FFU, ottimizzati per resistere a carichi vibratori e condizioni di microgravità. Questo ha consentito di ridurre significativamente i tempi di produzione, permettendo test e integrazioni anticipati.

Rendere l’esplorazione spaziale più accessibile

Il Progetto FENRIR è stato fondato presso l’Università di Tecnologia di Luleå (LTU) in Svezia, nell’ambito del programma REXUS/BEXUS, un’iniziativa congiunta tra il Centro Aerospaziale Tedesco (DLR) e l’Agenzia Spaziale Nazionale Svedese (SNSA), con il supporto dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA). Questo programma offre agli studenti europei l’opportunità di progettare, costruire e lanciare esperimenti su razzi sonda suborbitali, fornendo un’esperienza pratica nella ricerca aerospaziale.

Il progetto coinvolge un gruppo eterogeneo di studenti della LTU, suddivisi in cinque dipartimenti specializzati: meccanica, elettronica, software, scienza & payload e gestione. Dalla sua fondazione, hanno partecipato 25 collaboratori, di cui 16 attualmente operano nella sede di Kiruna, in Svezia. Il loro lavoro congiunto mira a risolvere complessi problemi ingegneristici, mantenendo la piattaforma riutilizzabile per missioni future.

The Project FENRIR team at Luleå University of Technology, a diverse group of students working together to develop an innovative free-fall experiment platform for microgravity research.©
Il team di Project FENRIR all’Luleå University of Technology, un gruppo di studenti impegnati nello sviluppo di una piattaforma sperimentale innovativa per la ricerca in microgravità. ©

La missione del team FENRIR è creare una piattaforma economica e adattabile per esperimenti in microgravità, basandosi sui successi precedenti della LTU. La Free-Falling Unit (FFU) è progettata per essere espulsa dal razzo al suo apogeo (~80 km), offrendo circa 70 secondi di gravità ridotta per esperimenti scientifici. Questo consente ai ricercatori di concentrarsi esclusivamente sui loro esperimenti senza dover progettare una piattaforma ex novo.

Per garantire il successo della missione, la FFU integra un sistema di dispiegamento controllato del paracadute per un recupero sicuro. La sua struttura modulare, combinata con un Sistema di Stabilizzazione dell’Assetto (ATSS – Attitude Stabilisation System) e un payload con Materiali a Cambiamento di Fase (PCM – Phase Change Material), fornisce una piattaforma adattabile per studi futuri in microgravità.

FENRIR segue le orme di precedenti progetti della LTU, in particolare ASTER, anch’esso parte del programma REXUS/BEXUS. ASTER si focalizzava sul controllo preciso dell’assetto delle unità in caduta libera, mentre FENRIR dà priorità alla modularità, permettendo ai ricercatori di integrare e adattare diversi payload scientifici senza dover riprogettare l’intera piattaforma.

The FENRIR team working on the Free-Falling Unit (FFU), performing electronic diagnostics and system integration. The unit’s CNC-machined aluminum structure and internal electronics are being tested to ensure optimal performance before launch.©

Il team al lavoro sulla Free-Falling Unit (FFU), eseguendo diagnostica elettronica e integrazione di sistema. La struttura in alluminio lavorato a CNC e l’elettronica interna vengono testate per garantire prestazioni ottimali prima del lancio. ©

The Free-Falling Unit (FFU) housed within its cylindrical module, featuring CNC-machined aluminium components that provide structural integrity and precision for deployment from the REXUS 34 rocket.©
The FENRIR team working on the Free-Falling Unit (FFU), performing electronic diagnostics and system integration. The unit’s CNC-machined aluminum structure and internal electronics are being tested to ensure optimal performance before launch.©
The Free-Falling Unit (FFU) housed within its cylindrical module, featuring CNC-machined aluminium components that provide structural integrity and precision for deployment from the REXUS 34 rocket.©

ATSS: Stabilizzare le condizioni di microgravità

Una delle innovazioni chiave di FENRIR è il Sistema di Stabilizzazione dell’Assetto (ATSS), progettato per ridurre la velocità angolare durante la discesa, garantendo un ambiente di microgravità stabile per gli esperimenti. L’ATSS è composto da tre ruote di reazione montate perpendicolarmente tra loro, che immagazzinano e ridistribuiscono il momento angolare, rallentando efficacemente la rotazione della FFU.

Riducendo il moto rotatorio, l’ATSS migliora le condizioni sperimentali, consentendo studi di microgravità più precisi. A differenza di sistemi precedenti che richiedevano un controllo complesso dell’assetto, l’approccio di FENRIR garantisce stabilità mantenendo un design flessibile per ricerche future.

PCM: Studiare i materiali a cambiamento di fase nello spazio

La FFU ospita anche un payload con Materiali a Cambiamento di Fase (PCM), progettato per studiare il comportamento dei materiali nella transizione tra stati solido e liquido in microgravità. La tecnologia PCM è ampiamente utilizzata nei sistemi di controllo termico dei veicoli spaziali per la loro capacità di immagazzinare e rilasciare calore, ma il suo comportamento in microgravità rimane ancora poco conosciuto.

  • Una finestra di osservazione trasparente per registrare il processo di transizione di fase con telecamere di bordo.
  • Un tetto in rame e un sistema di riscaldamento per indurre transizioni di fase in modo controllato.
  • Quattro sensori di temperatura interni per monitorare in tempo reale la distribuzione del calore e il comportamento del cambiamento di fase.

L’esperimento PCM, combinato con il sistema di stabilizzazione ATSS, fornirà dati preziosi sulla regolazione termica negli ambienti spaziali, contribuendo ai futuri sviluppi nel controllo termico dei veicoli spaziali e nella ricerca sulla microgravità.

Integrando ATSS e payload PCM, FENRIR offre una piattaforma versatile per futuri studi in microgravità. La sua architettura modulare supporta progressi continui nella ricerca spaziale, consentendo agli scienziati di condurre esperimenti senza dover progettare nuovi sistemi da zero.

Per realizzare i componenti critici della FFU, il team ha collaborato con Xometry, sfruttando le tecnologie di lavorazione CNC e stampa 3D per garantire la precisione richiesta in ambito aerospaziale. Questa sinergia ha permesso di rispettare i severi standard qualitativi e le scadenze di progetto, assicurando il successo della missione FENRIR.

Componenti di precisione realizzati da Xometry, tra cui piastre in alluminio CNC e supporti motore personalizzati, fondamentali per la resistenza strutturale e le prestazioni dell’FFU. ©

Come Xometry ha aiutato a realizzare la visione di FENRIR

La produzione di componenti destinati allo spazio richiede estrema precisione, tolleranze rigorose sui materiali e iterazioni rapide, sfide che il team di FENRIR ha affrontato collaborando con Xometry. Grazie alla lavorazione CNC e alla stampa 3D avanzata, Xometry ha fornito componenti critici per l’FFU (Free-Falling Unit), rispettando gli standard aerospaziali e riducendo significativamente i tempi di produzione.

“Il supporto ricevuto dai nostri partner è stato fondamentale per affrontare le difficoltà legate alla realizzazione di una piattaforma così complessa” afferma Eric Almqvist, responsabile del reparto meccanico di Project FENRIR. L’Instant Quoting Engine di Xometry ha inoltre fornito feedback in tempo reale, consentendo al team di ottimizzare i progetti per la produzione.

Il team FENRIR ha selezionato attentamente i materiali dei componenti, trovando il giusto compromesso tra resistenza e peso. I pezzi dovevano sopportare carichi vibratori durante la missione, mantenendo al contempo una massa ridotta per l’esperimento. Inoltre, per garantire l’isolamento elettromagnetico dei PCB ed evitare interferenze con l’elettronica di bordo, erano necessarie soluzioni specifiche per la schermatura.

Inizialmente, il team ha realizzato i prototipi internamente, perfezionando i design per soddisfare i requisiti del progetto. Gli ingegneri di Xometry hanno poi contribuito a ottimizzare le geometrie, migliorandone la producibilità ed efficientando il processo produttivo. I componenti realizzati da Xometry sono gli stessi che voleranno sulla sonda REXUS 34, rispettando gli stringenti requisiti del settore aerospaziale.

Xometry ha realizzato diversi componenti fondamentali per l’Attitude Stabilisation System (ATSS) e altre parti del sistema, tra cui:

  • Piastre strutturali in alluminio lavorate a CNC, che formano la struttura cubica dell’FFU e includono un alloggiamento PCB con schermatura elettromagnetica.
  • Staffa di ritenzione in acciaio inossidabile, progettata per sostenere un carico utile di 3 kg a una rotazione di 4 Hz, garantendo stabilità operativa all’FFU.
  • Ruota del rotore lavorata a CNC, elemento chiave per il sistema di ruota di reazione dell’ATSS.
  • Supporto motore stampato in 3D con tecnologia DMLS, ottimizzato per offrire un elevato rapporto resistenza/peso nelle condizioni di microgravità.

L’integrazione tra lavorazione CNC e stampa 3D industriale ha consentito al team FENRIR di ottenere componenti personalizzati per le proprie esigenze, garantendo precisione e affidabilità nella produzione. Grazie ai servizi di Xometry, il team è riuscito a superare le difficoltà progettuali rispettando i tempi di sviluppo.

Produzione di precisione per il settore aerospaziale

Il team FENRIR ha sfruttato l’Instant Quoting Engine di Xometry per semplificare il processo di progettazione. Grazie a feedback in tempo reale e preventivi immediati, hanno potuto ottimizzare i design per la produzione, rimanendo entro il budget previsto.

“L’Instant Quoting Engine ci ha permesso di confrontare rapidamente i diversi processi produttivi e di finalizzare i progetti con maggiore sicurezza” spiega Almqvist. “Per i pezzi più semplici, il sistema di preventivazione istantanea ci ha fatto risparmiare molto tempo, mentre per i componenti più complessi abbiamo potuto contare sulle competenze ingegneristiche di Xometry.”

ntegration of the reaction wheel system onto CNC-machined aluminium plates, manufactured with precision for optimal performance in microgravity conditions.©
Integrazione del sistema a ruota di reazione su piastre in alluminio CNC, progettate con precisione per ottimizzare il funzionamento in condizioni di microgravità. ©

I componenti forniti da Xometry si sono integrati perfettamente nelle strutture finali, rispettando gli elevati standard richiesti per applicazioni aerospaziali. Questa precisione ha accelerato notevolmente i tempi di sviluppo, permettendo al team di avviare i test e l’integrazione prima del previsto.

“Siamo rimasti colpiti dalla fluidità del processo, dalla preventivazione alla consegna” afferma Almqvist. “La capacità di Xometry di fornire componenti di alta qualità nei tempi stabiliti è stata essenziale per il nostro successo.”

The Free-Falling Unit (FFU) in assembly, showcasing CNC-machined components and 3D-printed motor mounts supplied by Xometry, integrated with the electronics and reaction wheel system.©
Assemblaggio finale dell’FFU, con componenti CNC e supporti motore stampati in 3D forniti da Xometry, integrati con l’elettronica e il sistema di ruote di reazione. ©

Il conto alla rovescia: le prossime tappe di Project FENRIR

Con il lancio della sonda REXUS 34 programmato per marzo 2025, il team FENRIR è ora nella fase finale dei preparativi per garantire che la piattaforma sia pronta per la missione. Dopo il lancio, analizzeranno i risultati dell’esperimento e pubblicheranno le loro scoperte, contribuendo con dati preziosi alla ricerca sulla microgravità e alla tecnologia spaziale.

Sebbene Project FENRIR stia per concludersi, il team continuerà a raccomandare Xometry per i futuri progetti dell’Luleå University of Technology (LTU). “Il supporto di Xometry è stato prezioso e siamo certi che altri team della LTU ne trarranno grande beneficio in futuro” conclude Almqvist.

Informazioni su Project FENRIR: Project FENRIR è un’iniziativa studentesca dell’Luleå University of Technology (LTU), dedicata alla ricerca spaziale tramite esperimenti innovativi in condizioni di microgravità. Il team partecipa al programma REXUS/BEXUS, supportato dal German Aerospace Center (DLR) e dall’Agenzia Spaziale Nazionale Svedese (SNSA), sviluppando unità modulari a caduta libera (Free-Falling Units, FFU) per rendere la ricerca in condizioni di ridotta gravità più accessibile ed economicamente sostenibile. Collaborando con partner industriali come Xometry, il team FENRIR combina la precisione della produzione su richiesta con l’ingegneria avanzata per esplorare nuove frontiere dell’esplorazione spaziale.

Sito web: https://project-fenrir.netlify.app/

Contatti: fenrir.ltu@gmail.com 

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