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Abstract Exploring

Abstract Exploring Mercury, the planet closest to the Sun, can offer valuable clues to the forma- tion of the solar system and the Earth itself. However, accurate investigations must be performed locally. This encouraged the ESA to launch the BepiColombo mission. The on-board infrared spectrometer MERTIS will thereby globally map the mineralogical surface. To substract disturbing radiation from the wanted spectrum, a shutter is re- quired inside the instrument. The goal of this master thesis is to design and construct the demonstrator model of this shutter. Based on the results of a precedent shutter actuation principle study, just a voice coil driven shutter guided with a flexible hinge structure can fulfill all requirements. Besides the definition of the mechanical design, a helmholtz coil shaped setup was determined for the voice coil actuator after theoretical analyses. A power amplifier with a contol circuit was designed for reaching the required switching mode of the shutter blade. Test measurements with the manufactured demonstrator model in the closed loop system showed, that the requirements can be fulfilled with the selected design. When the verification tests of the complete instrument will show positive results as well, the flight model of the shutter shall finally be built based on this demonstrator. ii

Zusammenfassung Durch seine Nähe zur Sonne kann die Erforschung des Merkurs Aufschlüsse über die Entstehung des Sonnensystems und damit auch der Erde geben. Genauere Unter- suchungen müssen hierfür jedoch vor Ort gemacht werden, was die ESA dazu veran- lasst hat, die BepiColombo Mission ins Leben zu rufen. Das mitfliegende Infrarot- spektrometer MERTIS wird dabei den Merkur auf mineralogischer Ebene kartieren. Dazu ist ein Kameraverschluss notwendig, um Störstrahlungen zu messen, damit das Nutzspektrum kalibriert werden kann. Ziel dieser Masterarbeit ist die Entwicklung und Konstruktion des Demonstrator Modells dieses sogenannten Shutters. Die Entwicklung basiert auf den Resultaten einer im Vorfeld durchgeführten Studie über anwendbare Shutterprinzipien. Dabei hat sich als einzige Lösung, welche allen gestellten Anforderungen gerecht werden kann, ein Voice-Coil-Antrieb geführt von einer Festkörpergelenkstruktur herausgestellt. Nach theoretischen Analysen wurde neben der Festlegung des Mechanik-Designs eine helmholtzartige Spulenanordnung für den Voice-Coil-Antrieb definiert. Zum Erreichen des geforderten Schaltzyklus wurde einhergehend mit der Endstufe eine Regelelektronik entworfen und aufgebaut. Messungen mit dem gefertigten Demonstra- tor Model des Shutters, eingebaut im Regelkreis, zeigten als Resultat, dass die An- forderungen mit dem gewählten Design erfüllt werden können. Bei positiven Testergeb- nissen nach dem Einbau im Instrument soll zu einem späteren Zeitpunkt aufbauend auf diesem Demonstrator letztendlich das Flugmodel gebaut werden können. iii

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