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martes , agosto 4 2020
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Conectando bucles y cubos

Más pequeños, rápidos y ligeros: conectores para aplicaciones espaciales y de alta velocidad

Los diseños que superan los límites actuales exigen las máximas prestaciones de cada componente para lograr su objetivo. En ningún otro caso resulta esto más importante que en los proyectos soñados y hechos realidad por ingenieros y diseñadores para aplicaciones de alta velocidad en entornos inhóspitos o que rompan con los límites alcanzables hasta ese momento. Entre los proyectos más exigentes se encuentran los que pueden revolucionar el transporte terrestre en el futuro y los que tienen lugar fuera de nuestro mundo. Tanto en aplicaciones terrestres como espaciales, obtener las máximas prestaciones posibles de cada componente es el criterio determinante, además de asegurar que sean lo bastante robustos para resistir la velocidad y el estrés del entorno. A menudo se exige también que sus dimensiones sean extremadamente restringidas y que añadan un peso mínimo.

WARR Hyperloop

El proyecto de transporte Hyperloop, en el que unos trenes con forma de cápsula se desplazan a alta velocidad en el interior de tubos próximos al vacío y alcanzan velocidades superiores a 1000 km/h, atrajeron la imaginación cuando fue mencionado por Elon Musk en 2012 y fue desarrollado por un equipo conjunto de Tesla y SpaceX en un documento de 2013; así de lejano es respecto al transporte convencional entre ciudades en la actualidad. Pero lo que parecía un sueño lejano cuando se lanzó como concepto, hoy en día está recibiendo inversiones y está siendo desarrollado. Se han propuesto rutas y se han realizado estudios de viabilidad en Dubai, India, Canadá, Países Bajos y Polonia, entre otros países. Hyperloop Alpha fue presentado como un diseño de código abierto y en 2015 varias empresas y grupos de universitarios participaron en el desarrollo de tecnologías para Hyperloop. Parte de este esfuerzo correspondió a la competición por el diseño y el desarrollo de un prototipo de cápsula para Hyperloop. Dentro de esta competición se realizó una demostración del primer recorrido de un Hyperloop a baja presión por parte del MIT en 2017.

El diseño ganador fue el de la Universidad de Delft (Países Bajos) y la cápsula más rápida del WARR Hyperloop fue la de la TUM (Universidad Técnica de Múnich, Alemania). El TUM Hyperloop ganó la competición los cuatro años siguientes, aumentando la velocidad máxima de la cápsula de 323 km/h en 2017 a 463 km/h en agosto de 2019. La compañía francesa de conectores Nicomatic está especializada en conectores miniatura para aplicaciones exigentes y ha sido el único fabricante de conectores en patrocinar el WARR Hyperloop. La implicación de Nicomatic refleja su continuo compromiso de fomentar el talento extraordinario mediante la participación en proyectos innovadores y futuristas en línea con la ambiciosa filosofía y el espíritu de la compañía. Los conectores micro CMM de Nicomatic ofrecían las prestaciones fiables y garantizaron la integridad de la señal exigida por las complicadas condiciones de funcionamiento en la cápsula, donde cada componente debe tener un mínimo peso y debe ocupar el mínimo espacio, además de logra una excelente eficiencia. La serie CMM, con su paso de 2 mm, se caracteriza por una resistencia extremadamente elevada a choques y vibraciones que cumple o supera los requisitos eléctricos y mecánicos de los estándares MIL-DTL-55302F y BS- 9525-F0033. Gracias a su tecnología avanzada de contacto, Nicomatic también consigue que circule más corriente a través del conector, además de acogerse a los estándares y aplicaciones de defensa. Si se compara con otros conectores rectangulares con la misma funcionalidad, la serie de conectores CMM necesita un 60% menos de espacio y es hasta un 50% más ligero.

Su extrema modularidad es otra ventaja destacable: ofrece más de 20 millones de combinaciones de patillas de señal, potencia y coaxiales de una a tres filas y hasta 120 patillas posibles en configuraciones placaplaca (gracias a su longitud de barrido seguro), placa-cable y cable-cable. En la cápsula del TUM Hyperloop, las series CMM y EMM de Nicomatic se utilizan para aportar altos niveles de prestaciones, fiabilidad y estabilidad a las placas del circuito que deben funcionar bajo las difíciles condiciones que experimentan las cápsulas del Hyperloop. Las series CMM y EMM se emplean en el sistema de alimentación de la cápsula. Los conectores E222V14E51 se la serie EMM también se usan para medir la temperatura. Por su parte, los conectores E222V10E51 de la serie EMM juegan un papel primordial para la comunicación con el interruptor principal del sistema de alta tensión. También se utilizan los conectores E222V06E51 de Nicomatic para la comunicación con el controlador principal. Además, la placa madre de la cápsula del Hyperloop utiliza el conector E222V08E11 de la serie EMM con el fin de trasladar las señales de comunicación entre las dos placas de los controladores principales. Los conectores EMM, con un paso de 1,27 mm, logran una reducción del 40% respecto a la serie CMM y ahorran un 20% del espacio si se comparan con los conectores Micro D estándar. Estos componentes, diseñados para cubrir los requisitos de prestaciones de MIL 83513, integran funciones como contactos inversos, protección trasera integrada 90° y hardware intercambiable. Los conectores EMM, adecuados para configuraciones placa-placa (gracias a su longitud de barrido seguro) y placa-cable (de calibre 24 a 30), ofrecen una extraordinaria modularidad mediante la selección de cualquier patilla disponible en los contactos de señal 04 a 60.

Cubesat y la Universidad de Grenoble: varias placas apiladas

Los nanosatélites, muy populares dentro de la comunidad científica y académica, son pequeños y suelen pesar 10 kg o menos. Los Cubesats, con un formato estándar de 10x10x10 cm, solo pesan 1.33 kg, aunque a veces se unen varios módulos y se diseñan para que puedan transportar uno o dos instrumentos científicos al espacio. Si bien son de bajo coste teniendo en cuenta lo que es habitual en el mercado espacial, aun así su fabricación sigue costando unos 100.000 dólares a los que hay que añadir otros 50.000 dólares del lanzamiento, por lo que se debe evitar a toda costa que falle un simple conector. Los conectores son componentes críticos porque no solo transportan señal o potencia, sino que también conectan físicamente las partes de un sistema. Hay que tener en cuenta, por tanto, no solo las prestaciones eléctricas sino también los esfuerzos mecánicos en el conector. En las aplicaciones espaciales, los conectores deben superar altos niveles de choques y vibraciones en el lanzamiento, así como temperaturas extremas ya que el satélite orbita entre su exposición al sol y el “lado oscuro de la Tierra”. Desde luego hay muchos sistemas de conectores extremadamente resistentes y muy duraderos, pero muchos de ellos son pesados y voluminosos, de ahí que resulten inadecuados para misiones espaciales en satélites miniatura en las que el espacio y el peso son muy valiosos. El reto estriba en identificar un sistema de conectores que sea lo bastante robusto y duradero como para sobrevivir en el entorno espacial, además de ofrecer altas prestaciones, ser ligero y pequeño. Lo ideal sería, desde luego, recurrir a un componente comercial con el fin de mantener a raya los costes. A finales de 2017, y junto con otros patrocinadores, Nicomatic colaboró con el Grenoble University Space Centre (CSUG), en el que participan la Universidad de Grenoble Alpes y las actividades NewSpace del Grenoble INP. Dentro de su objetivo de ayudar a los jóvenes que trabajan en proyectos tecnológicos innovadores, el patrocinio de Nicomatic se traduce en financiación, equipamiento y conocimientos.

El AmiCal Sat, el tercer proyecto Cubesat del CSUG, es un nanosatélite 2U con unas dimensiones de 227mm x 100mm x 100mm. Su misión es la observación del fenómeno de la aurora boreal para comprender mejor cómo afecta la actividad solar a la atmósfera de la Tierra y a sus sistemas tecnológicos. Los conectores estándar de la serie CMM 320 de Nicomatic, al ser ultracompactos, ligeros y probados en el espacio, garantizan la conexión vital entre la tarjeta y la cámara. Los conectores CMM se fabrican en un material PPS robusto por lo que no absorben humedad, no contienen oxígeno y resisten la acción de la radiación y de disolventes. Los dispositivos pueden resistir temperaturas de -60°C a +260°C. Estos son los conectores CMM utilizados: 321V039F51 (conector macho, 3 filas 39 patillas, ángulo recto sobre placa), 322S039H01 (conector hembra de 3 filas y 39 patillas para cable) y 321Y039F42 (conector macho de 3 filas y 39 patillas, recto sobre placa). El AmiCal Sat se colocó sobre la rampa de lanzamiento el 9 de febrero de este año para el vuelo VV16 de la lanzadera VEGA Arianespace. Su lanzamiento estaba previsto inicialmente para el 24 de marzo pero se ha visto retrasado debido a la pandemia del coronavirus.



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