maxon Story
Die nächste Generation von Mondrovern
Der CubeRover, konstruiert von der Planetary Mobility Abteilung bei Astrobotic, bietet einen kostengünstigen Service, um unterschiedliche, wissenschaftliche Instrumente und Nutzlasten auf den Mond zu transportieren und dort in Betrieb zu nehmen.
Entwickelt von Astrobotic in Zusammenarbeit mit NASAs Kennedy Space Center wurde der CubeRover durch NASAs Programme Small Business Innovation Research (SBIR) und Tipping-Point finanziert. Das krönende Ergebnis wird ein Rover sein, der bereit ist, zum Mond zu fliegen. Astrobotic entwickelte die CubeRover-Produktreihe weiter und kommerzialisierte sie, um «Mobility-as-a-Service» (MaaS) anzubieten. Damit sollen die Zutrittshürden für Technologiedemonstrationen und wissenschaftliche Untersuchungen auf der Mondoberfläche reduziert werden. Der Rover ist mit mehreren Mondlandern kompatibel, wodurch er optimal für zukünftige Mondmissionen genutzt werden kann.
Der CubeRover musste kompakt und leicht sein, extreme Klimaschwankungen überstehen und seine Mobilität für die an Bord betriebenen Instrumente maximieren. Mit dem Schwerpunkt auf Leichtbauweise, Materialeinsatz, Batteriegrösse und Motorwahl ist der CubeRover mit einem Gewicht von ca. vier Kilogramm heute der leichteste, kommerzielle, planetare Rover. Dies verringert die Flugkosten erheblich und macht den Mond damit für mehr Kunden zugänglich.
Ausgestattet mit einer kalibrierten Kamera, kann sich der CubeRover in Relation zu bekannten Objekten auf der Mondoberfläche, z. B. Astrobotics Peregrine-Lander, selbst orientieren. Diese Positionsdaten, die vom Betreiberteam genutzt werden, erhöhen den Wert der gesammelten Missionsdaten. Denn sie ermöglichen es Nutzlastkunden, fundierte Entscheidungen bezüglich der nächsten Etappe der Reise zu treffen sowie die Daten mit Positionsinformationen zu versehen. Zudem integrierte Astrobotic Industriestandardschnittstellen im gesamten Rover, die im CubeRover Benutzerhandbuch für Nutzlasten definiert sind und dadurch den Nutzlastintegrationsprozess vereinfachen.
Bei Astrobotics und im Granular Mechanics and Regolith Operations Laboratory des Kennedy Space Centers sind Testläufe in vollem Gange. Hier wird die Manövrierfähigkeit des Rovers in unterschiedlichen, simulierten Mondregolithumgebungen getestet. Die Prüfungen charakterisieren die Leistungsfähigkeit des Rovers auf Abhängen, beim Überfahren von Spalten und weiteren Oberflächenunebenheiten, die während der Missionen zu bewältigen sind.
Troy Arbuckle, Leitender Maschinenbauingenieur, Planetary Mobility bei Astrobotic, sagt: «Wir haben Mobilitätsplattformen für die verschiedensten Nutzlastapplikationen entwickelt.» CubeRovers stellen im Grunde eine Mitfahrgelegenheit für alle dar, die auf dem Mond Forschung betreiben möchten. Sie setzten eine ähnliche Methodik ein wie CubeSats und unterstützen so verschiedenste Instrumentenpakete mit standardisierten Formfaktoren. CubeRovers machen sich die international anerkannte CubeSat-Grösseneinteilung zunutze, um das Nutzlastvolumen sowie das Tragvermögen zu definieren. Dabei entspricht ein Volumen von 10 cm x 10 cm x 10 cm, das 1 Kilogramm an Nutzlast trägt, einer Einheit, auch «U» genannt. Astrobotic entwickelt derzeit CubeRover-Grössen von 2U, 4U und 6U, um der Nachfrage am Nutzlastmarkt entsprechen zu können.
In CubeRover-Antriebssträngen kommen vier maxon BLDC-Motoren und Getriebe zum Einsatz, die für die widrigen Umgebungen im Weltraum sowie auf der Mondoberfläche optimiert wurden. Ausgehend von den entsprechenden Produkten in ihrem Industriekatalog wurden die Weltraumversionen der Aktuatoren ursprünglich zusammen mit JPL als Teil der Perseverance-Rovermission Mars 2020 entwickelt. Nach der erfolgreichen Qualifikation des Designs für den Mars optimierte maxon das Design sowie die dazugehörigen Herstellungsverfahren für (im Vergleich zu Mars-Wissenschaftsmissionen) kostensensitivere, kommerzielle Weltraumanwendungen.
Das Ziel bestand im Erhalt aller Hauptkonstruktionsmerkmale, die die Motoren widerstandsfähig gegen Schock, Vibration, Vakuum und breit gefächerte Temperaturbereiche machten, und der gleichzeitigen Entfernung aller für Mars 2020 spezifischen Designmerkmale. Die Motoren und entsprechenden Getriebe gehören deshalb zu den ersten Komponenten eines geplanten Katalogs für Raumfahrtprodukte.
Genauso bedeutend wie das Design sind auch die Produktionsverfahren, in die verbesserte Qualitätssicherungsschritte implementiert wurden. Zudem enthält das erweiterte Abnahmeprüfverfahren z. B. eine 100-%-Lastprüfung aller gelieferten Aktuatoren. Dies ergibt massenoptimierte, robuste Motoren und Getriebe mit einer hohen Leistungsdichte, die für die Umgebungsbedingungen und Ausfallsicherheitsanforderungen der Applikation geeignet sind.
Insulinpumpenantriebe für CubeSats
Die in das Design des CubeRovers eingebundenen Technologien basieren auf Technologien, die von JPL bei anderen Missionen eingesetzt werden. Dies ist einer der Gründe, warum maxon Elektromotoren und Getriebe in das Design mit einflossen. maxon hat bereits an vielen Projekten der ESA und auch der NASA mitgearbeitet. Dazu zählen auch der gegenwärtige Perseverance-Marsrover und der Helikopter Ingenuity.
Zudem hat maxon mit Astrobotic als Erstkunde an einem für den Weltraum ausgelegten X-Antriebssystem gearbeitet. Dieses stammt ursprünglich aus maxons streng regulierten, medizinischen Applikationsdesigns, in diesem Fall üblicherweise in tragbaren Insulinpumpen im Einsatz. Der Zielmarkt für dieses System ist die wachsende Anzahl an CubeSats und deren zugehörige Mechanismen.
Nachdem sie sich erfolgreich den auftretenden Designherausforderungen gestellt haben und das Design entsprechend der Endziele des CubeRovers angepasst wurde, hat Astrobotic unserer Raumfahrttechnologie ein einzigartiges und wertvolles neues Produkt hinzugefügt. Indem sich Astrobotic Designs zunutze macht, die für Weltraumforschungsmissionen entwickelt wurden, und diese als kostengünstigere, aber hoch verlässliche Versionen herstellt, eröffnet das Unternehmen neue, kommerzielle Märkte mit Zuversicht. maxon ist stolz mit Astrobotic als einem der ersten Kunden an der neuen Reihe kommerzieller Katalogprodukte für die Raumfahrt zusammenzuarbeiten. Zudem freut sich maxon auf den gemeinsamen Erfolg beim ersten Flug des Jahres 2022.