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Contents page 1

Contents page 1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 BepiColombo Mission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.1 About the Mission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.2 Technological Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2 MERTIS Instrument . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.1 Scientific Goals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.2 Instrument Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.3 Short Term Shutter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.1 Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2 Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3 Shutter Actuation Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.1 Shutter Study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.2 Study Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4 Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4.1 Statics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4.1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4.1.2 Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 4.1.3 Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4.1.4 Wire-Cut EDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 viii

Contents 4.1.5 Stage with two Parallel Blades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4.1.6 Technological Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4.1.7 Linear Stage with Necked Down Flexures . . . . . . . . . . . . . 18 4.2 Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4.2.2 Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4.3 Electromagnetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.3.2 Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.3.3 Coil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.3.4 Magnet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.3.5 Cylindric Single Coil VCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.4 Interaction Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4.5 Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4.5.2 Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 5 Analysis, Calculations and Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 5.1 Thermal Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 5.2 Finite Element Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 5.2.1 Electromagnetic FEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 5.2.2 Mechanical FEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 5.3 Cylindric Single Coil VCA Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.4 Flexible Hinge Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 5.5 Parallel Blade Stage VCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5.6 Helmholtz VCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 6 MERTIS Short Term Shutter Demonstrator Model . . . . . . . . . . 46 6.1 Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 6.2 Mechanics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 6.2.1 MSTS FH Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 6.2.2 Mounting Part . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 6.3 Electromagnetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 ix

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