Casi studio di Kaydon

I cuscinetti a sezione sottile di Kaydon consentono una maggiore precisione nella trasmissione dei raggi laser

Con i nuovi sistemi di comunicazione laser è possibile trasmettere grandi quantità di dati in applicazioni aeronautiche. Le foto aeree possono essere trasmesse a una stazione di terra durante il volo su distanze così lunghe che lo spazio sembra essere a portata di mano. Suona futuristico, ma da tempo è diventato realtà: l'azienda tedesca ViaLight Communications ha sviluppato i rispettivi sistemi fino alla commercializzazione. Nell'efficace laser MLT-20 di successo dell'azienda, un cuscinetto a sezione sottile di Kaydon garantisce la massima precisione nella trasmissione dei dati.

ViaLight Communications GmbH è uno spin-off del Centro Aerospaziale tedesco DLR e si occupa di comunicazioni ottiche in spazio libero (Free-Space Optical Communications; FSO). Il team di scienziati sviluppa e realizza sistemi di comunicazione laser per la trasmissione di grandi quantità di dati in applicazioni aeronautiche. "I moderni sistemi di ripresa aerea generano una grande quantità di dati", spiega il Dr. Markus Knapek, CEO di ViaLight. Se le immagini catturate devono essere rapidamente disponibili per la valutazione e trasmesse a una stazione di terra durante il volo, il collegamento di comunicazione rappresenta spesso il collo di bottiglia: "Finora questi dati venivano trasmessi principalmente tramite soluzioni radio, che sono soggette a restrizioni fisiche e normative. Pertanto, le velocità di trasmissione nell'uso pratico sono molto limitate".

L'unità di allineamento approssimativo dell'MLT‐20 è basata su un meccanismo stabilizzato a due assi con azionamento diretto—un cuscinetto a sezione sottile di Kaydon garantisce l'elevata precisione del sistema
(Foto: ViaLight Communications GmbH)

I sistemi di trasmissione dati laser di ViaLight, invece, possono raggiungere velocità di trasmissione dati molto più elevate. Sono anche più compatti e potenti delle radio convenzionali e sono difficili da intercettare. Di conseguenza, la tecnologia offerta da ViaLight è particolarmente adatta per la ricognizione e la difesa, le telecomunicazioni e la scienza, ma le soluzioni sono interessanti anche per il settore cinematografico. "Fino a poco tempo fa, ci siamo concentrati sulla dimostrazione di questo sistema attraverso i nostri prodotti", afferma il Dott. Markus Knapek. "Nel frattempo, però, i nostri terminali laser sono pronti per il mercato e abbiamo iniziato la produzione in serie."

Componenti affidabili per un terminale laser innovativo

Per questa nuova fase di commercializzazione, nel 2014 ViaLight era alla ricerca di componenti di alta qualità per il suo Micro Laser Communication Terminal "MLT-20". Questa è una soluzione adatta per piccoli velivoli come droni o elicotteri. Il sistema particolarmente compatto con un peso di soli 5–8 kg ha un innovativo meccanismo di allineamento, richiede poca energia e può dissipare bene il calore. Il terminale è ottimizzato per il montaggio su velivoli con comportamento dinamico caratterizzato da forti accelerazioni e vibrazioni; il sistema trasmette dati ad una velocità fino a 10 Gbps su di una distanza fino a 50 km.

Il Micro Laser Communication Terminal "MLT-20" di ViaLight è una soluzione particolarmente compatta per piccoli velivoli dotato di un innovativo
meccanismo di allineamento
(Foto: ViaLight Communications GmbH)

Il montaggio esterno dell'MLT-20 è ridotto al minimo ed è quindi di piccole dimensioni. L'intero sensore e l'unità di controllo sono alloggiati in un piccolo contenitori. Il sistema di comunicazione laser è costituito da due unità. All'esterno della fusoliera si trova l'unità di allineamento primario, protetta da una piccola cupola di vetro non molto più grande di una tazza da caffè. C'è anche una piattaforma stabilizzata di precisione all'interno della fusoliera: uno speciale sistema di sensori e uno specchio mobile assicurano che le vibrazioni dell'aereo siano assorbite e che l'allineamento del raggio laser rimanga stabile.

Elevati requisiti per i cuscinetti a sfere

Il terminale laser deve essere in grado di seguire la stazione di terra in modo preciso per mantenere la connessione dati in ogni momento. L'unità di allineamento primario dell'MLT-20 si basa quindi su un meccanismo stabilizzato a due assi con azionamento diretto. Per trasmettere in modo ottimale i fasci di carico, il meccanismo di allineamento deve funzionare con estrema precisione. Questo, a sua volta, può essere ottenuto solo riducendo e mantenendo il più possibile costante l'attrito all'interno del sistema. "Per l'utilizzo nell'asse azimutale dell'unità di allineamento primario, eravamo quindi alla ricerca di cuscinetti a sfera che potessero soddisfare questi elevati requisiti", ricorda il Dott. Markus Knapek. "I fattori più importanti per noi sono stati l'alta precisione, e la velocità, il basso attrito, le dimensioni ridotte e il peso contenuto."

Rodriguez GmbH, partner commerciale tedesco di Kaydon, è stata in grado di aiutare come fornitore di sistemi ad alte prestazioni di componenti di alta qualità. La gamma comprende i cuscinetti a sezione sottile Kaydon Ultra-Slim®, che soddisfano pienamente i requisiti di ViaLight. Questi cuscinetti del produttore Kaydon sono unici, in quanto ogni serie si basa su un'unica piccola sezione trasversale che rimane costante all'aumentare del diametro del foro. In tal modo, consentono di utilizzare cuscinetti compatti e di peso ridotto e di far passare cavi o alberi attraverso il foro. I cuscinetti particolarmente sottili dimostrano la loro efficacia con foro da 35 a 170 mm e una sezione trasversale particolarmente piccola compresa tra soli 2,5 e 3 mm. Nei terminali laser ViaLight vengono utilizzati cuscinetti a sezione sottile con dimensioni di 60 x 66 x 2,5 mm in acciaio inossidabile. "L'acciaio inossidabile è una buona scelta quando, come nel caso di ViaLight, sono necessarie un'elevata precisione e resistenza alla corrosione", afferma Ulrich Schroth, responsabile dei prodotti a valore aggiunto di Rodriguez. "Le applicazioni tipiche per i cuscinetti a sezione sottile includono la navigazione aerospaziale, l'industria dei semiconduttori e la tecnologia medicale."

ViaLight è molto soddisfatta dei cuscinetti a sezione sottile Ultra-Slim. "Grazie a questi cuscinetti speciali siamo stati in grado di migliorare significativamente la precisione della nostra unità di allineamento primario", spiega il Dott. Markus Knapek. "Questo è stato dimostrato anche da collaudi complessi, da ultimo quello nelle Isole Canarie, dove i raggi laser sono stati trasmessi su una lunga distanza di 145 km." Il progetto è stato realizzato in collaborazione con l'Agenzia Spaziale Europea (ESA): è stato stabilito un collegamento di comunicazione tra il terminale laser MLT-20 e una stazione di terra mobile DLR tra le cime di Tenerife e La Palma. La distanza di 145 km non è stata una coincidenza: corrisponde infatti approssimativamente alla distanza che un raggio laser dovrebbe percorrere per raggiungere lo spazio dalla Terra.