# Protótipo opto-mecânico no FreeCAD

Projeto óptico: **T6 · T3 com diafragma deslocado 5 mm**. Lentes, fenda, rede e detector (inclinado -2.4°) nas posições do traçado de raios. Regras de projeto e fontes em `docs/projeto_optomecanico.md`.

- **Arquitetura:** pilha de três módulos usinados com o mesmo contorno, como caixas eletrônicas de voo em fatias:
  1. bancada óptica (chassi monobloco com nervuras, ressaltos da junta, apoios de ensaio e pés);
  2. caixa eletrônica de 56 mm, cuja alma é o deck estrutural pinado com a placa e a IMU, com os painéis de conectores;
  3. tampa radiadora com 12 aletas ao longo de X.
- **Envelope:** 177 × 177 × 127 mm (X ao longo da objetiva × Y × Z), com isoladores e trilhos de interface.
- **Orientação em voo:** eixo X vertical, objetiva no nadir; a face +X aponta para o zênite (sensor de irradiância). Os trilhos, no plano do CG e perpendiculares a X, prendem na estrutura do VANT.
- **Peças:** 66.
- **Arquivos:** `prototipo.FCStd` (tudo, com modelos dos fabricantes), `prototipo_pecas_projetadas.step` (peças projetadas) e `stl/` (peças para fabricar e malhas do render).
- **Sólidos inválidos:** nenhum (modelos com mais de 150 sólidos não são verificados).

## Renders

- `render/chicote_interno.png`
- `render/detalhe_optica.png`
- `render/modulo_eletronico.png`
- `render/montagem_aberta.png`
- `render/montagem_fechada.png`
- `render/vista_explodida.png`
- `render/vista_superior.png`

Vistas abertas sem caixa eletrônica, tampa e fixadores; vista explodida com os módulos afastados em Z; raios do traçado em 450–950 nm.

## Verificações de projeto

| Verificação | Resultado | Atende |
|---|---|---|
| Curso de foco | 1.5 mm para trás (calços) e 2.0 mm para a frente (rasgo 2.0 mm, folga até a célula 5.3 mm); exigido ±1 mm | ✅ |
| Cantos internos da cavidade | R 6 mm; profundidade 49 mm; parede de 4 mm com nervuras | ✅ |
| Base: bolsões de alívio | 2 bolsões em duas grades (seção reta e cabeça), fora da pegada de 10 peças e apoios do piso | ✅ |
| Junta chassi–caixa (D-8208 §3.3) | 18 M3×8 em insertos travantes, passo ≤ 25 mm (maior vão 24 mm); centro do inserto a 4.5 mm da borda (≥ 4.5); parede até a cavidade 3.4 mm (≥ 2); fundo do furo cego 6.0 mm (≥ 1.5); engajamento 5.0 mm (≥ 1·D); 2 pinos (redondo + oblongo); chave livre em 18/18 | ✅ |
| Junta caixa–tampa | 17 M3×8 nos ressaltos acima da faixa de conectores, a meio caminho dos parafusos de baixo; maior vão 37 mm | ✅ |
| Nervuras externas | 16 bolsões no chassi (pele 2 mm) e 2 na caixa (pele 2 mm), fora de pés, ressaltos, conectores e terminais | ✅ |
| Apoios de ensaio (datum A) | 4 apoios Ø12 mm coplanares com insertos M4; pele acima do furo 2.0 mm | ✅ |
| Painéis de conectores | traseira da cabeça: P2, P5; lateral −Y da seção reta: P4, P6; lateral −u da cabeça: P3, P8; lateral +u da cabeça: P1; lateral +Y da seção reta: P7; todos com trava; faixa a Z = 55 mm, fora dos pés; fora do painel preferido: P5 (lateral +Y da seção reta → traseira da cabeça), P1 (traseira da cabeça → lateral +u da cabeça), P7 (lateral +u da cabeça → lateral +Y da seção reta), P8 (lateral +u da cabeça → lateral −u da cabeça) | ✅ |
| Chicote interno (NASA-STD-8739.4A) | 9 pernas de 70 a 252 mm com 40 mm de folga de serviço; passagem da alma de 30 × 10 mm para o maior plugue de 28 × 8 mm; desconexões todas dentro da caixa | ✅ |
| Aterramento (D-17868 §2.14) | 4 prisioneiros M4 e 2 cordoalhas de 10 mm atravessando os isoladores; dreno estático de 1 MΩ na placa | ✅ |
| Centro elástico dos isoladores × CG | desvio (-1.4, -1.8) mm em (Y, Z) para vãos de 129 × 78 mm, no plano X = 78.0 mm; pés em chassi e caixa (≤ 10% do vão) | ✅ |
| Horizonte do sensor de irradiância | abertura 12.1 mm acima da peça mais alta em +X (zênite em voo) | ✅ |
| Luz sobre a área ativa do detector | ordem 0: protegida, ordem -1: protegida | ✅ |

## Requisitos mecânicos e térmicos

| Requisito | Valor | Limiar | Margem | Estado |
|---|---|---|---|---|
| REQ-MEC-001 · Primeira frequência própria da estrutura | 916 Hz | >= 200 | +358% | Atende com reserva |
| REQ-MEC-002 · Resistência sob cargas operacionais e de queda | 28.4 1 + MS | >= 1 | +2743% | Atende com reserva |
| REQ-MEC-003 · Frequência do sistema isolado | 18 Hz | <= 22 | +18% | Atende com reserva |
| REQ-MEC-004 · Separação entre modo isolado e estrutura | 50.9 - | >= 2 | +2445% | Atende com reserva |
| REQ-TER-001 · Aquecimento do detector acima da bancada | 6.9 K | <= 8 | +14% | Atende sem reserva |
| REQ-TER-002 · Temperatura do ar no compartimento eletrônico | 44.3 °C | <= 55 | +19% | Atende com reserva |

## Estrutura: elementos finitos

Chassi + caixa eletrônica (juntas parafusadas idealizadas como coladas; tampa radiadora fora do modelo, o que é conservador para f1), com a massa do instrumento (1293 g) espalhada na estrutura. Al 6061-T6, E = 68.9 GPa. Malha gmsh de tetraedros quadráticos com 210250 nós e 114500 elementos; solver CalculiX. A cadeia foi validada contra viga engastada de alumínio (819 Hz no FEM, 816 Hz analíticos).

- **Voo, engastado nos 4 furos dos pés (466 nós):** modos de 916, 1279, 1303, 1543, 1682, 2141 Hz.
- **Ensaio, engastado nas faces dos apoios do datum A (380 nós):** modos de 1062, 1377, 1776, 1958 Hz. O ensaio de mão de obra vai até 2000 Hz (GSFC-STD-7000A Tab. 2.4-4): modos abaixo disso respondem no ensaio; o controle do shaker fica nos apoios e a resposta é medida no deck ⚠.
- **von Mises a 1 g** (fora de 6 mm dos engastes): X 0.38 MPa, Y 0.35 MPa, Z 0.51 MPa; picos junto aos engastes: X 0.58 MPa, Y 0.69 MPa, Z 0.78 MPa.
- **Modo local da alma com a placa de aquisição** (placa apoiada, estimativa à mão): 2007 Hz.

| Caso de carga | σ von Mises (MPa) | FS | Admissível (MPa) | MS |
|---|---|---|---|---|
| Operacional 6 g, escoamento, eixo Z | 3.1 | 1.6 | 241 | +48.2 |
| Operacional 6 g, ruptura, eixo Z | 3.1 | 2 | 290 | +46.4 |
| Queda 20 g (carga última), ruptura, eixo Z | 10.2 | 1 | 290 | +27.4 |

Premissas da análise: massa espalhada (não captura modos locais de componentes); juntas coladas; isoladores fora do modelo (engaste rígido, caso mais exigente para f1); tensões em insertos, pés e parafusos precisam de análise de junta (NASA-STD-5020) antes do voo; vidro (lentes, rede) fora da análise.

## Isoladores e interface com o VANT

- **Plano de fixação:** X = 78.0 mm, no CG (78.5, 13.7, 16.7) mm. Pés em chassi e caixa; centro elástico a (-1.4, -1.8) mm do CG em (Y, Z).
- **Especificação de compra:** 4 isoladores com rigidez axial de 4.1 N/mm cada, para 18 Hz com 1293 g; amortecimento ζ ≈ 0.1 ⚠; deflexão estática de 0.77 mm por g.
- **Transmissibilidade:** 33 Hz → 0.45, 66 Hz → 0.10, 83 Hz → 0.07; amplificação na ressonância 5.1. As frequências são rotor 1× e passagem de pá de multirrotor medidas em voo (Drones 5:22, 2021).
- **Curso:** 4.6 mm no caso operacional (6 g) para 5 mm de folga (atende); 15 mm na queda: **limitadores de curso e cabo de segurança obrigatórios**. A cordoalha de aterramento precisa de folga maior que o curso operacional.
- **Separação:** f1 da estrutura / frequência isolada = 51 (≥ 2).

## Balanço térmico

Rede concentrada com a bancada de Al isotérmica como dissipador; ambiente 40 °C ⚠, convecção externa 15 W/m²K ⚠ mais radiação. Acabamento externo: **Tinta branca de poliuretano aeroespacial (tipo A276)** (α = 0.26, ε = 0.88). Sol de 1000 W/m² ⚠ no pior caso (Sol a 45° pela lateral −Y): 7.1 W absorvidos pela caixa envolvente.

| Nó | Caminho | Resultado |
|---|---|---|
| Bancada | 1338 cm² externos com aletas, 2.87 W/K para o ambiente; 3 W da câmera + 1.5 W da placa + 7.1 W de Sol | 44.0 °C (+4.0 K) |
| Câmera | cinta de 100 mm² (mínimo 78 mm²), 1.30 K/W + 1 K/W de contato ⚠ | 50.9 °C (+6.9 K sobre a bancada) |
| Placa de aquisição | espaçadores de Al 2.73 W/K; ar e radiação 0.12 W/K | 44.6 °C; ar do compartimento ≈ 44.3 °C |
| Gradiente da bancada | câmera → seção reta, seção de 1334 mm² de Al | 0.8 K |

### Escolha do acabamento externo

Mesma rede concentrada para cada acabamento candidato, com o Sol no pior caso de cada um. α e ε: faixas típicas de Gilmore (2002), App. A ⚠. As faces de contato (juntas, painéis, apoios, prisioneiros) ficam sempre em conversão química condutora, mascaradas na pintura.

| Acabamento | α | ε | Sol absorvido (W) | Bancada (°C) | Ar do compartimento (°C) |
|---|---|---|---|---|---|
| **Tinta branca de poliuretano aeroespacial (tipo A276)** | 0.26 | 0.88 | 7.1 | 44.0 | 44.3 |
| Só conversão química MIL-DTL-5541 Tipo II Classe 3 (Al quase nu) | 0.4 | 0.1 | 10.9 | 47.3 | 47.6 |
| Anodização sulfúrica preta (isolante) | 0.76 | 0.85 | 20.7 | 48.9 | 49.1 |
| Tinta preta de poliuretano (tipo Z306) | 0.95 | 0.88 | 25.9 | 50.6 | 50.9 |

### Térmico por elementos finitos

Chassi, caixa eletrônica e tampa radiadora em regime permanente (CalculiX, 236392 nós). Convecção e radiação linearizada de 21 W/m²K nas 39968 faces externas, que são achadas por raios; as 23936 faces das cavidades fechadas ficam adiabáticas. 3 W entram na parede sob o terminal da cinta e a potência da placa entra nos pés dos espaçadores. **Sol:** Sol a 45° pela lateral −Y, 4.6 W absorvidos em 11679 faces iluminadas (sombra própria por raios, só radiação direta ⚠). A cadeia foi validada numa barra com convecção em todas as faces: a elevação média bateu com P/(hA).

| Grandeza | Elementos finitos | Rede concentrada |
|---|---|---|
| Temperatura média das faces externas | 44.4 °C | 44.0 °C (bancada isotérmica) |
| Faixa no metal | 43.8 a 46.4 °C | — |
| Parede sob a cinta da câmera | 46.1 °C | — |
| Pés dos espaçadores da placa | 45.0 °C | 44.6 °C (placa) |
| Gradiente cinta → piso sob a fenda | 2.0 K | 0.8 K |
| Sol absorvido | 4.6 W | 7.1 W (caixa envolvente, sem sombra) |
| Fechamento do balanço de energia | +0.0% | — |

## Mapas de análise

- `render/fem_modo1.png`: Forma do modo 1 (916 Hz), deformação exagerada sobre a geometria original.
- `render/fem_modo2.png`: Forma do modo 2 (1279 Hz), deformação exagerada sobre a geometria original.
- `render/fem_von_mises_queda.png`: Tensão de von Mises na queda de 20 g no pior eixo (Z), duas vistas.
- `render/termico_temperatura.png`: Campo de temperatura do chassi, da tampa e do compartimento (duas vistas).
- `render/fem_modo1.gif`: Modo 1 (916 Hz) oscilando, amplitude exagerada.
- `render/fem_modo2.gif`: Modo 2 (1279 Hz) oscilando, amplitude exagerada.
- `render/fem_von_mises_queda.gif`: von Mises na queda de 20 g girando 360°.
- `render/termico_temperatura.gif`: Campo de temperatura girando 360°.

## Juntas e fixadores

Regras do JPL D-8208 Rev. I §3.3. Parafusos M3 de cabeça cilíndrica com sextavado interno em A286 (≈ #4-40 das tabelas ⚠), sempre em insertos helicoidais travantes; a chave entra por cima, fora das paredes.

| Junta | Fixador | Qtd. | Rosca | Torque | Engajamento |
|---|---|---|---|---|---|
| Chassi–caixa (deck estrutural) | M3×8 A286 | 18 | inserto no ressalto do chassi | 1 N·m (+10%/−10%) | 5.0 mm |
| Caixa–tampa radiadora | M3×8 A286 | 17 | inserto no ressalto da caixa | 1 N·m | 5.0 mm |
| Posição da caixa | pino Ø3 mm A286 | 2 | furo redondo e oblongo na alma | — | 6 mm no chassi |
| Ensaio e metrologia (datum A) | M4 | 4 | inserto nos apoios Ø12 mm | pelo fixador do shaker ⚠ | — |

- **Inserto:** centro a 4.5 mm da borda do ressalto (≥ 1,5·D, §3.3-1.5.10.1); furo cego de 7.0 mm com 6.0 mm de fundo (limalha presa, §3.3-1.5.7).
- **Torque:** tabela 3.3-10 para A286 em inserto em Al; torque de giro mínimo de 0.11 N·m (tabela 3.3-12), abaixo disso trocar o parafuso. Passou de +10%: soltar, avaliar e reinstalar (§3.3-2.3.4.5).
- **Travamento:** inserto travante; sem arruela de pressão (§3.3-1.5.2.4); arruela plana sob a cabeça; sem lubrificante.
- **Aperto:** em cruz, em duas passadas; pinos assentados antes do primeiro parafuso.

## Aterramento e EMI

- **Estrutura equipotencial (JPL D-17868 §2.14):** chassi, caixa e tampa em contato metálico nas faixas de contato (conversão química condutora); os isoladores de borracha cortam o caminho elétrico para o VANT, então 2 cordoalhas estanhadas de 10 mm ligam prisioneiros M4 no chassi a prisioneiros nos trilhos.
- **Resistência de contato:** ≤ 2.5 mΩ por junta ⚠ (MIL-B-5087B classe R), medida com micro-ohmímetro depois de cada montagem.
- **Dreno estático:** resistor de 1 MΩ do retorno do circuito à estrutura, na placa (§2.14.2); nenhum condutor flutuante maior que 15 cm (§2.14.8).
- **Costura EMI:** faixa de contato contínua e parafusos a cada 25 mm no máximo nas duas juntas; USB 3 com malha terminada 360° no conector; a eficácia fica para o ensaio de emissão radiada ⚠.

## Chicote interno

A placa não tem conector de cabo que sai do instrumento (`configs/pcb.toml`, v0.3). O chicote W1 liga cada conector de painel ao conector Gecko-SL da placa; o W2 traz da bancada óptica os sinais da câmera e os TMP117 remotos pela passagem em labirinto da alma. Todas as desconexões ficam dentro da caixa eletrônica, acessíveis por cima com a tampa radiadora aberta: o módulo sai inteiro soltando os conectores da placa e a face interna do P2.

| Perna | De | Para | Comprimento estimado (mm) | Amarrações |
|---|---|---|---|---|
| W1-P1 | P1 (Micro-D 9 pinos (MIL-DTL-83513), receptáculo de pinos) | J3 | 109 | 6 |
| W1-P3 | P3 (Micro-D 15 pinos (MIL-DTL-83513), receptáculo de soquetes) | J4 | 70 | 4 |
| W1-P4 | P4 (Micro-D 21 pinos (MIL-DTL-83513), receptáculo de soquetes) | J8 | 172 | 10 |
| W1-P5 | P5 (Micro-D 25 pinos (MIL-DTL-83513), receptáculo de soquetes) | J6 | 84 | 5 |
| W1-P6 | P6 (SMA fêmea de antepara) | J1 | 154 | 9 |
| W1-P7 | P7 (TNC fêmea de antepara) | U4 | 112 | 6 |
| W2-1 | Câmera: Line 1 (disparo) e Line 2 (strobe) | J5 | 163 | 9 |
| W2-2 | TMP117 remotos: bancada (piso sob a fenda), rede e detector | J5 | 252 | 14 |
| W2-3 | Câmera: USB 3 com trava por parafuso | P2 | 150 | 8 |

- **Comprimento:** percurso em L no referencial da cabeça mais 40 mm de folga de serviço ⚠; cortar pelo gabarito de montagem (NASA-STD-8739.4A §8.1.1).
- **Raio de curvatura:** ≥ 10× o diâmetro do chicote ou do coaxial (Tab. 7-1, raio ótimo; mínimo de 6× com coaxial e 3× sem coaxial).
- **Amarração:** a cada 19.1 mm em chicote de até 6,4 mm (Tab. 9-1), antes e depois de cada derivação; alívio de tensão na saída de todos os conectores (§7.2.20 e 7.2.28).
- **Passagem da alma:** 30 × 10 mm para o maior plugue de 28 × 8 mm ⚠; ilhós ou borda protegida contra abrasão (§7.2.11 e 7.2.31), mantendo o labirinto sem linha de visada para a óptica.
- **Sinais:** USB 2.0 e RTCM em pares trançados com blindagem terminada no painel; vídeo do C12880MA entre GNDs; potência em conector próprio (JPL D-17868 §2.14.5 e 2.14.6).

## Painel de conectores

Todos diferentes entre si em tipo ou número de pinos (NASA LLIS 431; GSFC-STD-1000 regra 2.13), potência separada de sinal, todos com trava positiva (D-8208 §3.3-1.9.1), acima da placa para chicotes internos curtos. Micro-D com recorte e furação da Fig. 3.3-9 do D-8208; flanges e carcaças ⚠.

| Ref. | Interface | Tipo | Painel | Trava | Flange (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| P1 | 5 V da placa de alimentação → J3 (chicote W1-P1) | Micro-D 9 pinos (MIL-DTL-83513), receptáculo de pinos | lateral +u da cabeça | parafusos de trava | 19.9 × 7.8 |
| P2 | USB 3 da câmera para a Jetson (face interna com trava, chicote W2-3) | USB 3.2 tipo C de painel com trava por dois parafusos | traseira da cabeça | dois parafusos | 22.0 × 11.0 |
| P3 | Dados de voo para a Jetson: USB 2.0 do RP2040 e RTCM do ZED-F9P → J4 (W1-P3) | Micro-D 15 pinos (MIL-DTL-83513), receptáculo de soquetes | lateral −u da cabeça | parafusos de trava | 23.7 × 7.8 |
| P4 | GSE: SWD do RP2040 e UART2 do VN-200 → J8 (W1-P4), tampa de voo | Micro-D 21 pinos (MIL-DTL-83513), receptáculo de soquetes | lateral −Y da seção reta | parafusos de trava | 27.6 × 7.8 |
| P5 | Sensor de irradiância C12880MA → J6 (W1-P5) | Micro-D 25 pinos (MIL-DTL-83513), receptáculo de soquetes | traseira da cabeça | parafusos de trava | 30.1 × 7.8 |
| P6 | Antena GNSS multibanda → J1 (coaxial U.FL, W1-P6) | SMA fêmea de antepara | lateral −Y da seção reta | acoplamento roscado | 9.2 × 9.2 |
| P7 | Antena L1 do VN-200 → U.FL do módulo U4 (coaxial, W1-P7) | TNC fêmea de antepara | lateral +Y da seção reta | acoplamento roscado | 19.7 × 19.7 |
| P8 | Respiro com membrana (equalização de pressão, sem poeira) | respiro M12 com membrana de ePTFE | lateral −u da cabeça | acoplamento roscado | 17.6 × 17.6 |

## Referências de alinhamento

- **Espelho de referência:** Ø12,7 mm na face frontal, abaixo do para-sol, com normal paralela ao eixo da objetiva. O autocolimador mede o eixo óptico contra a IMU (boresight em bancada) antes de cada campanha.
- **Datums:** A = faces dos apoios sob o piso, B = face lateral da seção reta, C = face frontal. Os pinos da alma (redondo e oblongo) fixam a caixa eletrônica, e com ela a IMU, em relação a A/B/C.

## Arquitetura e regras de projeto aplicadas

| # | Regra | Como está no protótipo | Fonte |
|---|---|---|---|
| 1 | Três módulos usinados com o mesmo contorno: bancada óptica, caixa eletrônica e tampa radiadora | Chassi monobloco de Al 6061-T651 que segue o caminho óptico; a alma da caixa eletrônica é o deck estrutural pinado que fecha a caixa de torção e carrega a placa com a IMU; tampa aletada por cima. O módulo eletrônico sai inteiro soltando os parafusos da junta por cima e uma desconexão interna | Electra UHF (JPL, MRO/MAVEN): 4 fatias empilhadas; US 6.201.698 (Hunter, Caltech, 2001); HYPSO-1 (Prentice et al., Proc. SPIE 11852, 2021) |
| 2 | Paredes com nervuras externas, cantos com raio de fresa e margens estruturais do D-8208 | Paredes do chassi de 4 mm com bolsões externos de 2 mm (pele de 2 mm entre nervuras de 4 mm); caixa de 3 mm com bolsões de 1 mm; cantos internos arredondados; bolsões no piso fora da pegada das peças; ressaltos com chanfro de 45° embaixo | JPL D-8208 Rev. I §3.3-1.2 (MS escoamento > 0,4; ruptura > 1; desacoplamento de modos ≥ 1,4); prática de caixas usinadas de voo |
| 3 | Juntas parafusadas pelo D-8208 | Insertos helicoidais travantes M3 em ressaltos externos com o centro a 1,5·D da borda; furos cegos com fundo; engajamento ≥ 1·D; sem arruela de pressão; torque tabelado; passo ≤ 25 mm; chave livre por cima; 2 pinos, um redondo e um oblongo | JPL D-8208 Rev. I §3.3-1.5 (fixadores, insertos, limalha) e §3.3-2.3 (torques, Tab. 3.3-10 e 3.3-12); Blanding, Exact Constraint (ASME, 1999) |
| 4 | Sem polímero na cadeia de foco nem na da IMU | Células, espaçadores, cassete, montagem do detector, chassi e caixa eletrônica sempre metálicos; a maquete troca só a tampa radiadora | Matsika-Klossa et al., Materials 17:4668 (2024); Faust et al., Polymers 13:3637 (2021) |
| 5 | Lentes em células com assento, espaçadores e anel de retenção | Bucha recortada pelas lentes forma assento, espaçadores e anel; abertura livre = menor elemento − margem | Yoder, Optomechanical Engineering Handbook, cap. 6; Chase & Burge (U. Arizona); NASA-STD-5001B (vidro: fator 3,0) |
| 6 | Foco por calços depois de varredura de foco | Pé do suporte do detector desliza ao longo da normal contra batente com pilha de calços em U; pilha nominal ≥ curso de foco do Monte Carlo; dois parafusos de aperto atravessam batente e calços e prendem o foco nos dois sentidos | VMDIS (calços); HYPSO-1 (anéis espaçadores) |
| 7 | Detector em placa semi-cinemática de 3 apoios, push-pull e parafuso tangente; trava independente da pré-carga | Placa porta-câmera sobre 3 apoios na placa de referência, 3 parafusos push-pull, bloco com parafuso tangente | VMDIS (hastes de Moore e flexões); GSFC-STD-1000 Rev. I, regra 4.20; Blanding, Exact Constraint (ASME, 1999) |
| 8 | Rotação da fenda e do detector alinhada opticamente (~1 px) e o resíduo corrigido na calibração | Plano de alinhamento, passos 3 e 7 | HYPSO-1; Mouroulis & Green, Opt. Eng. 57(4) 040901 (2018) |
| 9 | Toda ordem de difração tratada | Cones das ordens 0 e −1 traçados no CAD; armadilhas com lâminas em V; máscara de campo com defletor na frente do detector; filtro separador de ordens; varredura do afastamento rede–câmera em docs/luz_espuria.md | Henriksen, Sigernes & Johansen (filtros para 2ª ordem); GSFC-STD-1000 Rev. I, regra 5.15 |
| 10 | Enegrecer para o NIR por dentro e fechar a cavidade contra luz | Superfícies vistas pela óptica: tinta preta ou folha Acktar (anodização preta tingida reflete >60% acima de 700 nm); saia da alma por dentro das paredes do chassi e passagem de cabos em labirinto; respiro com membrana na caixa | Marshall et al., arXiv:1407.8265 (2014); Plesseria et al., ISME 2018; HYPSO-1 (sem linha de visada nas aberturas) |
| 11 | Bancada isotérmica como dissipador e acabamento externo escolhido por análise com Sol | Placa de alimentação e Jetson fora; câmera ligada à parede traseira por cinta de cobre laminada; tampa radiadora com aletas ao longo de X (vertical em voo); acabamento externo pela tabela de acabamentos com Sol; faces de contato sempre em conversão química condutora, mascaradas na pintura | Gilmore, Spacecraft Thermal Control Handbook Vol. I (2002), App. A; MIL-DTL-5541 Tipo II Classe 3; HYPSO-1; GSFC-STD-1000 Rev. I, regras 4.25 e 4.27 |
| 12 | IMU rígida à bancada óptica; pés no plano do CG com nervura e sobrespessura; centro elástico no CG | Placa com o VN-200 na alma pinada da caixa (boresight repetível ao remontar); 4 pés de ponta arredondada, nervura triangular e sobrespessura da parede, baixos no chassi e altos na caixa, com isoladores de eixo X e trilhos | Orçamento de georreferenciamento (boresight 0,05°, docs/engenharia_sistemas.md); PRISM, Mouroulis et al., Proc. SPIE 8515 (2012); Irvine, Avionics Isolation Design Guidelines Rev C (2009) |
| 13 | Interfaces elétricas com trava, à prova de erro, por chicote e aterradas | Micro-D com parafusos de trava (recorte e furação do D-8208), USB-C com trava por parafusos e RF roscado; todos diferentes entre si; potência separada de sinal. A placa só tem conectores internos Gecko-SL com trava, ligados ao painel e à bancada por chicote com folga de serviço, raio de curvatura e amarração da NASA-STD-8739.4A; conector de GSE no painel com tampa de voo. Cordoalha atravessando os isoladores; dreno estático de 1 MΩ; nenhum condutor flutuante > 15 cm | JPL D-8208 Rev. I §3.3-1.6 e 1.9.1; NASA-STD-8739.4A §7.2 e Tab. 7-1 e 9-1; JPL D-17868 Rev. 1 §1.22 e §2.14; NASA LLIS 431; GSFC-STD-1000 Rev. I, regra 2.13 |
| 14 | Interface rígida para ensaio e metrologia | 4 apoios coplanares com insertos M4 sob o piso (datum A): fixação no shaker e na bancada de calibração; primeira frequência calculada também nesse caso de contorno | GSFC-STD-7000A §2.4.2.5 e Tab. 2.4-4 (6,8 grms de mão de obra); JPL D-17868 §1.26 (verificar por teste) |
| 15 | Dimensionar por análise com margens declaradas | Requisitos REQ-MEC-001…004 e REQ-TER-001/002 fechados por FEM (CalculiX), especificação dos isoladores e rede térmica com Sol; fatores de segurança de estrutura sem ensaio (1,6/2,0) e casos de carga operacional e de queda | NASA-STD-5001B Chg 3 (Tab. 1, §4.1.2.3); RTCA DO-160G §7; 14 CFR 27.561; JPL D-17868 §1.14 |
| 16 | Referência óptica de alinhamento | Espelho de referência na face frontal para medir o boresight com autocolimador; datums A/B/C | JPL D-17868 §1.26 (verificar por teste) |
| 17 | Verificar o alinhamento antes e depois de manuseio e ciclos térmicos | Plano de alinhamento, passo 11; temperatura da bancada, da rede e do detector registrada em cada aquisição | GSFC-STD-1000 Rev. I, regras 1.45, 5.10 e 5.12; HYPSO-1 em vácuo térmico (deslocamento espectral de alguns nm) |

## Modelos 3D dos componentes

- **Hikrobot MV-CB060-10UM-B (IMX178, placa):** sem modelo configurado
- **Jetson Orin Nano Developer Kit:** fora do invólucro (não modelado na caixa)
- **Placa de aquisição e sincronização v0.2:** modelo 3D do fabricante: `resultados/pcb/placa_aquisicao.step`
- **Placa de alimentação 4S–6S → 5 V:** fora do invólucro (não modelado na caixa)
- **Sensor de irradiância (C12880MA):** sem modelo configurado
- **Antena GNSS (u-blox ANN-MB):** fora do invólucro (não modelado na caixa)
- **5 V da placa de alimentação → J3 (chicote W1-P1):** sem modelo configurado
- **USB 3 da câmera para a Jetson (face interna com trava, chicote W2-3):** sem modelo configurado
- **Dados de voo para a Jetson: USB 2.0 do RP2040 e RTCM do ZED-F9P → J4 (W1-P3):** sem modelo configurado
- **GSE: SWD do RP2040 e UART2 do VN-200 → J8 (W1-P4), tampa de voo:** modelo 3D do fabricante: `modelos/3dfindit-Bel_Fuse-M83513_01-CC-22026091411084430355642d0b6156e/M83513_01-CC.stp`
- **Sensor de irradiância C12880MA → J6 (W1-P5):** sem modelo configurado
- **Antena GNSS multibanda → J1 (coaxial U.FL, W1-P6):** modelo 3D do fabricante: `modelos/SMA_Jack_panel mount_RG174.STEP`
- **Antena L1 do VN-200 → U.FL do módulo U4 (coaxial, W1-P7):** modelo 3D do fabricante: `modelos/TNC-50-2-31.stp`
- **Respiro com membrana (equalização de pressão, sem poeira):** modelo 3D do fabricante: `modelos/VENT-PS1NBK-N8001.step`

Os arquivos dos fabricantes ficam em `modelos/`, fora do git: a maioria das licenças não autoriza redistribuir.

## Luz espúria: ordens de difração

Cone de cada ordem a partir da rede: raio 1.7 mm (f_col / 2N) e divergência 7.4° (meia fenda / f_col). Aproximação sem refração: o cone segue reto através das lentes, e a lista inclui peças atrás de outras que já bloqueiam a luz; a proteção do detector é verificada pelo cruzamento do cone com a abertura da máscara de campo.

- **Ordem 0:** ilumina Lente da câmera: elemento 1 (N-SSK2) (5 mm), Lente da câmera: elemento 2 (N-SK2) (7 mm), Lente da câmera: elemento 3 (F5) (10 mm), Espaçadores, assento e anel da lente da câmera (11 mm), Célula da lente da câmera (13 mm), Lente da câmera: elemento 4 (F5) (14 mm), Lente da câmera: elemento 5 (N-SK16) (15 mm), Lente da câmera: elemento 6 (N-SK16) (17 mm), Máscara de campo e defletor do detector (35 mm), Hikrobot MV-CB060-10UM-B (IMX178, placa) (36 mm), Placa porta-câmera (45 mm), Placa de referência do detector com pé (50 mm); **sem espaço para armadilha**.
  - Área ativa do detector: protegida — o cone não passa pela abertura da máscara de campo.
  - ⚠ Atinge antes da armadilha: Lente da câmera: elemento 1 (N-SSK2), Lente da câmera: elemento 2 (N-SK2), Lente da câmera: elemento 3 (F5), Espaçadores, assento e anel da lente da câmera, Célula da lente da câmera, Lente da câmera: elemento 4 (F5), Lente da câmera: elemento 5 (N-SK16), Lente da câmera: elemento 6 (N-SK16), Máscara de campo e defletor do detector, Hikrobot MV-CB060-10UM-B (IMX178, placa), Placa porta-câmera, Placa de referência do detector com pé. Precisa de defletor, enegrecimento dessas superfícies ou mudança de layout.
- **Ordem -1:** ilumina Espaçadores, assento e anel da lente da câmera (5 mm), Lente da câmera: elemento 1 (N-SSK2) (5 mm), Célula da lente da câmera (7 mm); armadilha a 18 mm.
  - Área ativa do detector: protegida — o cone não passa pela abertura da máscara de campo.
  - ⚠ Atinge antes da armadilha: Espaçadores, assento e anel da lente da câmera, Lente da câmera: elemento 1 (N-SSK2), Célula da lente da câmera. Precisa de defletor, enegrecimento dessas superfícies ou mudança de layout.

## Conflitos de projeto

- **Célula da lente da câmera:** invade o cassete da rede e foi recortada no CAD; o afastamento rede–câmera de 5 mm do projeto óptico é curto para a célula e para um defletor (29 mm³ removidos).
- **Espaçadores, assento e anel da lente da câmera:** invade o cassete da rede e foi recortada no CAD; o afastamento rede–câmera de 5 mm do projeto óptico é curto para a célula e para um defletor (4 mm³ removidos).
- **Câmera:** a última lente fica a 11.8 mm do detector; uma câmera C-mount põe o sensor 17.526 mm atrás do flange: **não cabe** — câmera de placa (modelada) ou lente com distância focal traseira ≥ 18 mm.

## Interferências

Nenhuma sobreposição acima de 0,5 mm³ (componentes comprados verificados pela caixa envolvente).

Compressão de vedação (anel do modelo do fabricante desenhado sem compressão, dentro do volume declarado em `model_seat.seal_squeeze_mm3`; não conta como interferência):

- Conector P8: Respiro com membrana (equalização de pressão, sem poeira): 30.2 mm³

## Orçamento de massa

Fora do invólucro (ligados por cabo, fora deste orçamento): Jetson Orin Nano Developer Kit (174 g); Placa de alimentação 4S–6S → 5 V (15 g); Antena GNSS (u-blox ANN-MB) (173 g).

Margem de 30% sobre a melhor estimativa atual (CBE), JPL D-17868 §2.1A. Chassi e caixa eletrônica sempre em alumínio; a maquete troca só a tampa radiadora. Componentes e conectores pela massa informada.

| Grupo | Voo (tudo em Al 6061) | Maquete (tampa radiadora impressa, não voa) |
|---|---|---|
| Óptica | 9 g | 9 g |
| Bancada | 96 g | 96 g |
| Câmera | 10 g | 10 g |
| Cobre | 49 g | 49 g |
| Chassi | 491 g | 491 g |
| Caixa eletrônica | 305 g | 305 g |
| Tampa | 93 g | 44 g |
| Eletrônica | 109 g | 109 g |
| Aterramento | 19 g | 19 g |
| Isoladores | 11 g | 11 g |
| Interface | 69 g | 69 g |
| Fixadores | 32 g | 32 g |
| **CBE** | **1293 g** | **1244 g** |
| **MEV (+30%)** | **1681 g** | **1617 g** |

## Térmica e foco

- Profundidade de foco a f/5.6 com bin de 19.2 µm: ≈ 2·N·c = 215 µm.
- Variação lente–detector para ΔT = 20 K (⚠) no trecho de 11.8 mm, bancada de alumínio: 5.6 µm.
- Gradiente da bancada de 0.8 K no trecho lente–detector: 0.23 µm.
- A maquete impressa não entra na cadeia de foco (regra 4). A dilatação das lentes não está incluída.
- HYPSO-1 mediu deslocamento espectral de alguns nm entre −20 e +50 °C: registrar temperaturas e calibrar contra elas.

## Plano de alinhamento

1. Metrologia da bancada: planeza das faces dos apoios (datum A) e posição dos berços, furos de pino e insertos.
2. Montar as células fora da bancada: lentes limpas, espaçadores, anel de retenção com torque controlado (pré-carga P = W·a·FS).
3. Fenda: posicionar no suporte pinado e girar sob microscópio até ficar paralela ao eixo Z; travar e fixar com adesivo.
4. Objetiva: focar a fenda em alvo no infinito (colimador ou alvo a mais de 50 m) e travar.
5. Colimadora: autocolimação atrás da fenda iluminada; ajustar o afastamento até o feixe sair colimado.
6. Rede: montar no cassete e girar os sulcos até as linhas de uma lâmpada de Hg-Ar ficarem perpendiculares à fenda.
7. Detector: varredura de foco com a lâmpada; escolher a pilha de calços pela menor FWHM; apertar os push-pull; girar pelo parafuso tangente até ~1 px de rotação ponta a ponta.
8. Travar os parafusos com elemento independente da pré-carga e fixar com adesivo depois do alinhamento final.
9. Caixa eletrônica: assentar nos pinos (redondo e oblongo), apertar os parafusos da junta em cruz ao torque tabelado e medir a resistência de contato chassi–caixa.
10. Calibração: comprimento de onda por coluna, smile, keystone, flat field e escuro; registrar temperaturas.
11. Boresight em bancada: autocolimador no espelho de referência e IMU num rotador; registrar a matriz de montagem câmera–IMU e repetir depois de remontar a caixa eletrônica.
12. Repetir foco, smile e keystone depois de manuseio e de ciclo térmico; aceitar se variar menos que o limite TBD.

## Premissas e pendências

- Sem modelo 3D público: câmera Hikrobot (placa gerada pela ficha) e C12880MA (caixa).
- Fenda de 35 µm (ponto de operação que fecha REQ-RAD-001): Thorlabs vende Ø1/2" de 20 µm e 30 µm, não de 35 µm; decidir entre encomendar sob medida ou usar 30 µm e refazer o fechamento de SNR.
- Abraçadeiras das células e roscas das peças do piso estão na arquitetura, mas não detalhados.
- Placa de alimentação fora do invólucro (`configs/pcb_potencia.toml`), junto do Jetson: cabo de 5 V curto e de bitola adequada até o conector P1.
- Isoladores: comprar pela rigidez calculada e confirmar a frequência-alvo com a vibração medida no ponto de fixação do VANT (acelerômetro em voo); limitadores de curso e cabo de segurança a detalhar.
- Juntas: análise de parafusos, insertos e pés (NASA-STD-5020) antes do voo; equivalência M3 ↔ #4-40 nas tabelas de torque do D-8208 a confirmar.
- Usinagem: nervuras, ressaltos com chanfro e pés com nervura pedem várias fixações em fresadora de 3 eixos ⚠ validar com o usinador; bolsões rasos podem virar opcionais no primeiro lote.
- Sol: rede concentrada pela caixa envolvente sem sombra; elementos finitos com sombra própria, só radiação direta, sem albedo nem céu ⚠.
- Micro-D: recorte e passo dos furos do D-8208; flange, carcaça e espaçadores de trava pelo fabricante escolhido ⚠.
- Maquete: só a tampa radiadora pode ser impressa; chassi e caixa carregam óptica e IMU.
- Caixa eletrônica: remontar pelos pinos preserva o boresight dentro da folga do pino no oblongo; recalibrar o boresight (espelho de referência) se a caixa for trocada ou os pinos refeitos.
- Calços em U e parafusos de aperto do foco: travar com adesivo depois do alinhamento (plano, passo 8).
- Afastamento rede–câmera de 5 mm: a ordem 0 atravessa a lente da câmera fora do campo e a −1 atinge a célula. Afastar a lente não serve com a Double Gauss atual (a 22 mm a ordem 0 fica livre, mas a vinhetagem chega a 100%); mitigado com máscara de campo, enegrecimento e armadilhas. Correção de fundo: lente de câmera com abertura maior (v2 da óptica). Ver docs/luz_espuria.md.
- Furos das células com rosca ou ranhuras internas (defletores) e bordas em faca: indicados, não modelados.
- Próximo passo: análise estrutural-óptica (deslocamentos por peso próprio no FEM aplicados ao traçado).