Módulo de escaneo vectorial MEMS con mayor resistencia a vibraciones y golpes para aplicaciones espaciales

Los escáneres vectoriales del Fraunhofer IPMS ya son aptos para su uso en el espacio.

MÓDULO de escaneo vectorial MEMS con suspensión amortiguada para su funcionamiento en el espacio. © Fraunhofer IPMS / Módulo de escaneo vectorial MEMS con suspensión amortiguada para operación en el espacio. © Fraunhofer IPMS

Los galvanoscanners proporcionan hasta ahora servicios confiables en la comunicación óptica en el espacio o en la observación de la Tierra mediante LIDAR. Sin embargo, en el futuro, estos sistemas podrían ser reemplazados por sistemas más pequeños y compactos con escáneres MEMS. El Instituto Fraunhofer para MicroSistemas Fotónicos IPMS ha desarrollado, junto con socios en el proyecto MiniLIDAR Scanmodule financiado por el Ministerio Federal de Economía y Protección del Clima (BMWK), módulos de escaneo que ahora han sido adaptados para el espacio. Estos serán presentados por primera vez en LASER 2025, del 24 al 27 de junio de 2025, en Múnich (Stand conjunto de Fraunhofer, Stand nº 415, en el Halle A2).

En muchas aplicaciones en el espacio, se necesitan espejos vectoriales para desviar la luz láser: para acoplar naves espaciales a la estación espacial (reencuentro), en la navegación de robots de servicio autónomos y vehículos autopropulsados o en satélites pequeños para el seguimiento dinámico de objetos. En el Fraunhofer IPMS, se ha preparado un módulo de escaneo vectorial MEMS listo para su uso en el espacio dentro del proyecto MiniLiDAR.

El módulo consiste en un escáner vectorial MEMS 2D integrado de forma híbrida, que funciona mediante un accionamiento electromagnético. Tiene un espejo de tamaño relativamente grande con un diámetro de 5 mm, suspendido de forma cardán. Esto permite que el escáner alcance ángulos de desviación 2D grandes y casi estáticos de hasta ±13° (mecánicamente) alrededor de un punto de pivote común. Esto posibilita un amplio campo de escaneo de 52° x 52° (campo de visión) con alta dinámica de posicionamiento y resolución óptica, mientras que el sistema óptico puede ser de diseño sencillo.

El Dr. Thilo Sandner, jefe de grupo de Componentes y Sistemas Microópticos Activos en el Fraunhofer IPMS, es optimista: «El nuevo módulo de escaneo puede ahora soportar sin daños un lanzamiento de cohete gracias a su suspensión amortiguada. Gracias a un diseño ingenioso, el módulo es muy pequeño en comparación con los escáneres galvanométricos convencionales, ahorra espacio en todo el sistema óptico y consume aproximadamente diez veces menos energía, lo que también reduce los costos del sistema.»

En el proyecto MiniLiDAR participa la empresa Jena-Optronik GmbH, con su amplia experiencia en exploración espacial, y es responsable del sistema completo de LIDAR. El Fraunhofer IPMS ha aportado su conocimiento único en el diseño de espejos y módulos MEMS para escáneres, hasta la montaje microautomatizado de alta precisión. Así, se ha logrado alcanzar la robustez necesaria para una alta resistencia a golpes y vibraciones.

Ya han mostrado interés en utilizar estos módulos algunos socios industriales y de proyectos. Además del espacio, los módulos de escaneo pueden ser utilizados en diagnósticos médicos y en terapias láser en oftalmología. Gracias a una placa de espejo más gruesa, los espejos son adecuados para recubrimientos dieléctricos altamente reflectantes con alta planitud, lo que les permite soportar mayores potencias láser y energías de pulso. Ahora también pueden emplearse en marcaje láser, por ejemplo. Además, los espejos de escáner en la comunicación óptica en espacio libre (FSO) pueden jugar un papel importante. Los científicos esperan con interés nuevas aplicaciones emocionantes para las cuales podrán optimizar los versátiles espejos de escáner MEMS.