maxon Story
Präzisionsantriebe auf dem roten Planeten
Mehr als 100 Elektromotoren von maxon sind bisher auf dem Roten Planeten eingesetzt worden und haben kosmischer Strahlung, Staubstürmen und Temperaturschwankungen getrotzt. Mit dem Perseverance-Rover sind erneut Präzisionsantriebe zum Mars geflogen. Das Erfolgsrezept bleibt gleich: industrielle Standardprodukte.
Marsmissionen ohne maxon Antriebssysteme? Undenkbar! Denn in den letzten drei Jahrzehnten sind diese DC-Motoren in praktisch allen erfolgreichen Robotermissionen eingesetzt worden. Mehr als 100 Stück befinden sich inzwischen auf dem Roten Planeten – und die Zahl wuchs mit der Landung des NASA-Rovers Perseverance im Februar 2021 weiter an. Dabei machen Weltraummissionen nur einen kleinen Teil der Projekte von Maxon aus. Die meisten DC- und BLDC-Motoren, Steuerungen, Getriebe und Encoder des Schweizer Unternehmens haben ihren Einsatz in medizinischen Anwendungen, in der Industrieautomation oder in der Robotik.
Wieso also ist maxon ein so wichtiger Lieferant für Weltraumprojekte? Die kurze Antwort lautet: wegen der hohen Qualität seiner Standardprodukte. Alle Antriebe, die bisher auf dem Mars eingesetzt worden sind, basieren auf Katalogprodukten, die auf der Erde in allen möglichen Applikationen genutzt werden. Natürlich sind Modifikationen nötig, damit die Produkte den harschen Bedingungen trotzen können. Doch die grundlegende Konstruktion bleibt unverändert.
Mit 11 DC-Motoren ins Ungewisse
Im Jahr 1997 fuhr zum ersten Mal in der Geschichte ein Fahrzeug auf der Marsoberfläche, nahm Bilder auf und untersuchte den Boden. Der Sojourner-Rover der NASA, mit sechs Rädern und einem Gewicht von nur elf Kilogramm, sollte damals ein relativ kostengünstiges Experiment werden.
Sojourner, der erste Rover auf dem Mars, landete am 4. Juli 1997. Missionsdauer: drei Monate. maxon lieferte elf DC-Motoren mit einem Durchmesser von 16 Millimetern für die Antriebe, Lenkung und wissenschaftlichen Instrumente.
Entsprechend setzte man auf möglichst viele industrielle Standardprodukte – so wie die elf DC-Motoren, die für Antrieb, Lenkung und die Bedienung wissenschaftlicher Instrumente sorgten. Die maxon Antriebe mit ihrem typischen eisenlosen Rotor und der rautenförmigen Wicklung waren leistungsstärker und dynamischer als herkömmliche DC-Motoren. Zudem modifizierten maxon Ingenieur:innen die Bürsten und den Schmierstoff. Wirklich sicher, ob dies alles für eine gelungene Marsmission ausreichen würde, waren wir uns zu dieser Zeit aber nicht. Schliesslich fehlten die Erfahrungswerte. Und die Anforderungen waren beachtlich: Die Antriebe mussten starke Erschütterungen beim Raketenstart, Vakuum und kosmische Strahlung während der Reise, eine harte Landung auf dem Mars und schliesslich Staubstürme sowie Temperaturschwankungen von -120 bis +25 Grad Celsius überstehen. Doch die Mission wurde zu einem Erfolg – und maxon weltbekannt.
Bei den Raumfahrtagenturen steigerte sich der Drang, weitere Erkundungsmissionen zum Roten Planeten zu unternehmen. Schliesslich galt es, Antworten zu finden auf Fragen wie: Gibt es Wasser oder Eis auf dem Mars? Existiert Leben oder könnte es zumindest früher Leben gegeben haben? Warum haben sich die Nachbarplaneten Erde und Mars derart unterschiedlich entwickelt?
Ein Duo übertrifft alle Erwartungen
Nach dem Erfolg von Sojourner entschied die NASA, gleich zwei weitere wissenschaftliche Forschungsroboter ins All zu schicken: die Zwillingsrover Opportunity und Spirit. Sie spielten in einer anderen Liga als Sojourner, waren je 185 Kilogramm schwer und mit Instrumenten versehen, die den Boden abbürsten und Marsgestein anbohren konnten. Im Januar 2004 landeten die Fahrzeuge unabhängig voneinander auf dem Planeten und starteten ihre Mission, die mindestens drei Monate dauern sollte. Spirit arbeitete letztendlich sechs Jahre lang, bevor er im Sand stecken blieb. Zwilling Opportunity brachte es auf 15 Jahre und legte dabei mehr als 45 Kilometer zurück. Für die Wissenschaftler:innen wurde mit dieser Mission ein Traum wahr: Jetzt konnten sie mithilfe der Rover nachweisen, dass einst flüssiges Wasser auf dem Roten Planeten existiert haben musste – eine Voraussetzung für Leben.
Maxon hatte einen wichtigen Beitrag geleistet: Je 35 bürstenbehaftete DC-Motoren mit einem Durchmesser von 20 bzw. 25 Millimetern waren in den Fahrzeugen verbaut und für Antrieb, Steuerung oder den Roboterarm zuständig. Weitere acht Elektroantriebe wurden in der Landeeinheit der Rover verwendet.
Ähnliche Motoren kamen auch im Jahr 2008 zum Einsatz, als die NASA die nächste Mission zum Roten Planeten schickte: die stationäre Sonde Phoenix. Diese suchte nach gefrorenem Wasser und fand es schliesslich in einer Bodenprobe, die zur Analyse erhitzt wurde. maxon Antriebe richteten dabei die Solarpanels der Sonde aus und bewegten den Roboterarm.
Die Zwillingsrover Spirit und Opportunity landeten im Januar 2004 auf dem Mars. Beide Rover waren mit 35 maxon Antrieben ausgestattet. Ähnliche Motoren kamen auch in der stationären Sonde Phoenix zum Einsatz, die am 25. Mai 2008 auf dem Planeten landete. Maxon lieferte neun bürstenbehaftete DC-Motoren des Typs RE 25 mit speziellen Kugellagern für die Ausrichtung der Solarpanels sowie für den Roboterarm.
Ein Motor gräbt sich in den Marsboden
Seit damals hat sich technisch viel getan. Heute befinden sich zwei weitere Roboter auf dem Mars: Zum einen der Curiosity-Rover, der bezüglich seiner Grösse und der Messgeräte alle bisherigen Missionen in den Schatten stellt. Das Gefährt ist seit dem Jahr 2012 im Einsatz, fast eine Tonne schwer und mit zehn Instrumenten ausgestattet. In diesem Projekt ist der Beitrag von maxon zwar klein, aber wichtig. Schliesslich stellte das Unternehmen MR-Encoder zur Verfügung, die für die Steuerung der Motoren nötig sind.
Ende 2018 landete zudem die nächste stationäre Sonde, InSight, auf dem Mars. Die NASA-Ingenieur:innen verwendeten für das Ausfahren der Solarpanels die bewährten RE 25 Motoren, die bereits in den Zwillingsrovern Spirit und Opportunity installiert waren. Gleichzeitig kam zum ersten Mal ein neuer, bürstenbehafteter DCX-Antrieb zum Zug, mit dessen Hilfe eine Temperatursonde, Maulwurf genannt, mehrere Meter in den Marsboden gehämmert werden sollte.
Curiosity landete im August 2012 auf dem Mars und übertraf seine Vorgänger nicht nur in technischer Hinsicht. Curiosity ist so gross wie ein Kleinfahrzeug, wiegt 900 Kilogramm und wird durch eine Radionuklidbatterie angetrieben. maxon bestückte ihn mit präzisen Encodern, die auf den Antriebsachsen angebracht sind.
Suche nach Spuren früheren Lebens
Derzeit blicken die Mitarbeitenden des Antriebstechnikspezialisten einmal mehr gespannt Richtung Mars: Im Februar 2021 landete NASAs Rover Perseverance auf dem Roten Planeten. Mit dessen Hilfe sollen Spuren von ehemaligem Leben gefunden werden. Seine wichtigste Aufgabe besteht darin, Bodenproben zu nehmen, sie in Behältern zu versiegeln und so auf der Oberfläche des Mars zu platzieren, dass sie von einer späteren Mission zur Erde zurückgebracht werden können. Für die Handhabung der Proben im Innern des Rovers werden mehrere BLDC-Motoren eingesetzt. Sie sind unter anderem im Roboterarm verbaut, der die Proben von Station zu Station navigieren wird. Auch bei der Versiegelung der Probenbehälter und deren Platzierung kommen maxon Motoren zum Einsatz.
Natürlich basieren auch diese Antriebe auf Standard-Katalogprodukten – neun EC 32 flat Motoren und ein EC 20 flat in Kombination mit einem Planetengetriebe GP 22 UP. Die Ingenieur:innen von maxon haben die Antriebe über mehrere Jahre modifiziert und ausführlich getestet – zusammen mit den Fachleuten vom Jet Propulsion Laboratory (JPL), das im Auftrag der NASA alle unbemannten Missionen abwickelt.
Der Rover Perseverance landete im Februar 2021 auf dem Mars. An Bord: zehn bürstenlose DC-Motoren – neun EC 32 flat (oben) und ein EC 20 flat in Kombination mit einem Planetengetriebe GP 22 UP.
Hoch hinaus
Der Rover Perseverance landete am 18. Februar 2021 auf dem Mars – aber nicht allein. Im Gepäck hat er die Helikopter-Drohne Ingenuity. Sie wiegt 1,8 Kilogramm, ist solarbetrieben und soll auf kurzen Flügen Luftbilder aufnehmen. Mit diesem Experiment wird in erster Linie das Konzept für weitere Drohnen dieser Art getestet. Natürlich steckt auch in diesem Gerät Technik von maxon drin. Sechs bürstenbehaftete DCX-Motoren mit einem Durchmesser von zehn Millimetern steuern die Neigung der Rotorblätter und somit die Flugrichtung.
Am Montag, den 19. April 2021, flog der Helikopter für rund 40 Sekunden über die Oberfläche des Roten Planeten und landete wieder auf vier Beinen. Ein historisches Ereignis, das aus Sicht der NASA ähnlich eingestuft werden kann wie der erste kontrollierte Flug der Wright Brüder 1903. Die NASA hatte ursprünglich geplant, fünf Flüge zu unternehmen. Die US-Weltraumbehörde erweiterte die Mission allerdings um mindestens weitere 30 Tage. In dieser nächsten Phase fliegt Ingenuity bis zu einem Kilometer vor dem Rover. Dabei hält er Ausschau nach vielversprechenden geologischen Formationen und nach Bereichen, in die Perseverance nicht vordringen kann.
24 Jahre nach Sojourner ist maxon erneut Teil einer grossartigen Ingenieursleistung auf dem Mars.
Der Mars-Helikopter ist ebenfalls mit maxon Antrieben ausgerüstet. Sechs DCX-Motoren sind für die Neigung der Rotorblätter zuständig.
maxon – Kleiner Beitrag zu einer Weltraum-Revolution
Heute darf maxon zu Recht behaupten, ein wichtiger Lieferant für Weltraumprojekte zu sein. Die Antriebssysteme des Schweizer Unternehmens finden sich in Satelliten, regulieren Raketentriebwerke oder kommen auf der internationalen Weltraumstation ISS zum Einsatz. Der Erfolg kommt nicht von ungefähr. Die Ingenieur:innen des Unternehmens haben im Laufe der Jahre viel gelernt – insbesondere aus der engen Zusammenarbeit mit Kunden, vor allem dem Jet Propulsion Laboratory (JPL), das alle unbemannten Missionen für die NASA abwickelt. Infolgedessen wurden die Qualitätsstandards schrittweise angehoben und neue Prüfverfahren und Prozesse entwickelt.
maxon verfügt nun über ein spezialisiertes Team, das alle Weltraumprojekte abwickelt. Doch das Prinzip hinter den Lösungsansätzen für die verschiedensten Applikationen ist nach wie vor dasselbe: Das Standard-Katalogprodukt wird modifiziert und getestet, bis es alle Anforderungen komplett erfüllt. Dieser Ansatz spielt eine wichtige Rolle in der gegenwärtigen Revolution der Weltraummissionen. Hochpreisige Spezialprodukte werden vermehrt durch modifizierte Industrieprodukte ersetzt. Dies führt zu niedrigeren Projektkosten, was wiederum einem breiteren Teilnehmerkreis den Zugang zum Weltraum eröffnet. Das Unternehmen wird in den kommenden Jahren viele weitere Applikationen für diesen «New Space Market» entwickeln können.
Erfahren Sie mehr über den Beitrag von maxon zu verschiedenen Mars- und Weltraummissionen: mars.maxonworld.com
Im ExoMars-Rover, der 2022 zum Mars fliegen soll, stecken 17 verschiedene Konfigurationen aus bürstenbehafteten oder bürstenlosen DC-Motoren in Kombination mit Getrieben, Bremsen und Encodern.
Start für den europäischen Rover im Jahr 2022
Im ExoMars-Rover, den die Europäische Weltraumorganisation (ESA) Richtung Mars sendet, sind mehr als 50 Antriebssysteme von maxon installiert. Der Rover mit dem Namen «Rosalind Franklin» sollte ursprünglich im Jahr 2018 starten. Die Mission wurde jedoch auf 2020 verschoben und ist nun für das Jahr 2022 geplant. Verschiedenste Kombinationen von Antriebssystemen aus DC-Motoren, Getrieben und Encodern sind für die Fortbewegung und Steuerung des Rovers nötig, treiben den Bohrer an, bewegen die Solarpanels oder den Kamerakopf und vieles mehr.
Bildrechte
NASA/JPL-Caltech; ESA; maxon Group