Motores eléctricos de precisión en el Planeta Rojo

Más de 100 motores eléctricos de maxon han sido utilizados en el Planeta Rojo y han soportado la radiación cósmica, tormentas de polvo y fluctuaciones de temperatura. Con el vehículo explorador Perseverance, los motores eléctricos de precisión vuelven a viajar a Marte. La clave de su éxito sigue siendo la misma: productos industriales estándar.

¿Misiones a Marte sin sistemas motores de maxon? ¡Impensable! En las últimas tres décadas, estos motores DC se han usado en prácticamente todas las misiones robóticas que han resultado con éxito. Más de 100 de ellos se encuentran ya en el Planeta Rojo y su número volvió a aumentar con el aterrizaje del vehículo explorador Perseverance de la NASA en febrero de 2021. Sin embargo, las misiones espaciales constituyen solo una pequeña parte de los proyectos de maxon. La mayoría de los motores DC y BLDC, los controladores, los reductores y los encoders fabricados por esta empresa suiza van a parar a aplicaciones de la medicina, la automatización industrial o la robótica.

Entonces, ¿por qué es maxon una proveedor tan importante para proyectos espaciales? La respuesta rápida es: debido a la alta calidad de sus productos estándar. Todos los motores que se han utilizado en Marte están basados en productos del catálogo de la compañía y se utilizan en la Tierra en todo tipo de aplicaciones. Es evidente que es necesario realizar modificaciones para que estos productos puedan soportar las duras condiciones de Marte. Si embargo, los diseños básicos son los mismos.

Hacia lo desconocido con 11 motores DC

En 1997 y por primera vez en la historia, un vehículo se desplazó por la superficie de Marte, tomando fotografías e investigando el suelo. El vehículo explorador Sojourner de la NASA, con seis ruedas y un peso de tan solo 11 kilogramos, fue concebido en su momento como un experimento con un coste relativamente bajo.

Sojourner, el primer vehículo explorador en Marte, aterrizó el 4 de julio de 1997. Duración de la misión: tres meses. maxon suministró once motores DC con un diámetro de 16 milímetros para la propulsión, la dirección y los instrumentos científicos.

Se tomó la decisión de utilizar el mayor número posible de productos industriales estándar, como los 11 motores DC usados para la propulsión, la dirección y el manejo de instrumentos científicos. Los motores de maxon, con su típico rotor sin hierro y su bobina rómbica, eran más potentes y dinámicos que los motores DC convencionales. Los ingenieros de maxon también modificaron las escobillas y el lubricante. En aquel momento, nadie estaba seguro de que las modificaciones bastarían para contribuir al éxito de la misión. No teníamos experiencia previa que nos ayudara a superar los desafíos a los que nos enfrentábamos. Los motores debían sobrevivir a fuertes vibraciones durante el lanzamiento del cohete, al vacío y a la radiación cósmica durante el viaje, a un duro aterrizaje en Marte, a tormentas de polvo y fluctuaciones de temperatura de entre -120 y +25 °C. Sin embargo, la misión fue un éxito y maxon adquirió fama mundial.

El anhelo por emprender nuevas misiones de exploración al Planeta Rojo creció entre las agencias espaciales. Buscaban respuestas a grandes preguntas, como: ¿hay agua o hielo en Marte? ¿Hay vida en Marte o la ha habido anteriormente? ¿Por qué evolucionaron de manera tan diferente los planetas vecinos Tierra y Marte?

Un dúo que supera todas las expectativas

Tras el éxito de Sojourner, la NASA decidió enviar al espacio otros dos robots de investigación al mismo tiempo: los vehículos exploradores gemelos Opportunity y Spirit. Pertenecían a una clase muy diferente a la de Sojourner. Cada uno de ellos pesaba 185 kilogramos y estaba equipado con instrumentos que pueden barrer el suelo y perforar roca marciana. En enero de 2004, los vehículos aterrizaron por separado en el planeta e iniciaron su misión, que estaba pensada para que durarse por lo menos tres meses. Finalmente, Spirit funcionó durante seis años antes de quedar atascado en la arena. Su gemelo Opportunity trabajó durante 15 años, durante los cuales recorrió más de 45 kilómetros. Para los científicos involucrados, la misión fue un sueño hecho realidad: con ayuda de los vehículos exploradores fueron capaces de demostrar que en algún momento en el pasado hubo agua líquida en el Planeta Rojo, requisito indispensable para la vida.

maxon realizó una contribución importante: en cada uno de los vehículos se utilizaron 35 motores DC con escobillas y diámetros de 20 o 25 milímetros, responsables de la propulsión, el control y el brazo robótico. Otros ocho motores eléctricos se utilizaron en la unidad de aterrizaje de los vehículos exploradores.

Motores similares se volvieron a usar en 2008 cuando la NASA envió su siguiente misión al Planeta Rojo con la sonda estacionaria Phoenix. Esta sonda buscó agua congelada y la encontró finalmente en una muestra de suelo que se calentó para su análisis. Los motores de maxon fueron los encargados de orientar los paneles solares de la sonda y mover el brazo robótico.

Los vehículos exploradores gemelos Spirit y Opportunity aterrizaron Marte en enero de 2004. Ambos vehículos exploradores estaban equipados con 35 motores de maxon. Motores similares se utilizaron en la sonda estacionaria Phoenix, que aterrizó en el planeta el 25 de mayo de 2008. maxon suministró nueve motores DC RE 25 con escobillas y rodamientos de bolas especialmente diseñados para la orientación de los paneles solares y para el brazo robótico.

Un motor perfora el suelo de Marte

Desde entonces se han producido muchos avances técnicos. Hoy en día hay dos robots más en Marte: uno de ellos es el vehículo explorador Curiosity, el cual, en términos de tamaño e instrumentos de medición, deja pequeñas a todas las misiones previas. El vehículo lleva funcionando desde 2012, pesa casi una tonelada y está equipado con diez instrumentos. La contribución de maxon a este proyecto es pequeña, pero crucial. La empresa suministró encoders MR, los cuales se necesitan para el control de los motores.

A finales de 2018, la siguiente sonda estacionaria, InSight, aterrizó en Marte. Para extender sus paneles solares, los ingenieros de la NASA usaron los motores RE 25 anteriormente probados que ya se habían instalado en los vehículos exploradores gemelos Spirit y Opportunity. Al mismo tiempo se implementó el primer motor DCX con escobillas para introducir una sonda de temperatura (llamada «el topo») a varios metros de profundidad en el suelo de Marte.

Curiosity aterrizó en Marte en agosto de 2012 y superó con creces a sus predecesores, no solo a nivel tecnológico. Curiosity es más grande que un coche pequeño, pesa 900 kg y está alimentado por un generador termoeléctrico de radioisótopos. maxon instaló encoders de precisión en los ejes de transmisión.

Buscando antiguos indicios de vida

Una vez más, el equipo de maxon mira hacia Marte con entusiasmo: en febrero de 2021, el vehículo explorador Perseverance de la NASA aterrizó en el Planeta Rojo. Ayudará a descubrir rastros de antigua anterior. Su tarea más importante es la de tomar múltiples muestras del suelo, sellarlas en contenedores y depositarlas en la superficie de Marte para que una futura misión pueda llevarlas a la Tierra. Para manipular las pruebas dentro del vehículo explorador se utilizan varios motores BLDC de maxon. Algunos están instalados en el brazo robótico que moverá las muestras de estación a estación. También se utilizarán motores de maxon para sellar y depositar los contenedores con las muestras.

Estos motores están basados en productos estándar del catálogo de maxon: nueve motores EC 32 planos y un motor EC 20 plano en combinación con un reductor planetario GP 22 UP. Los ingenieros de maxon se han dedicado durante años a modificar y poner a prueba de forma exhaustiva los motores, en colaboración con los especialistas del Jet Propulsion Laboratory (JPL), que se ocupa de todas las misiones no tripuladas de la NASA.

El vehículo explorador Perseverance llegó a Marte en febrero de 2021. A bordo: diez motores DC sin escobillas, de los cuales nueve EC 32 planos (arriba) y un EC 20 plano en combinación con el reductor planetario GP 22 UP.

Altos vuelos

El vehículo explorador Perseverance aterrizó en Marte el 18 de febrero de 2021, pero no iba solo. Llevaba consigo un dron helicóptero de nombre Ingenuity. El dron pesa 1,8 kilogramos, funciona con energía solar y está diseñado para tomar fotografías aéreas durante vuelos cortos. El objetivo principal de este experimento es probar el concepto para futuros drones de este tipo. No sorprende encontrar a maxon involucrado también en este dispositivo. Seis motores DCX con escobillas y un diámetro de 10 milímetros controlan la inclinación de las palas del rotor, lo que determina la dirección de vuelo.

El lunes día 19 de abril, el helicóptero voló sobre la superficie del Planeta Rojo durante unos 40 segundos y aterrizó después sobre sus cuatro patas. Desde la perspectiva de la NASA, este es un acontecimiento histórico que puede compararse con el primer vuelo controlado de los hermanos Wright en 1903.  El plan original de la NASA era llevar a cabo cinco vuelos. Pero la agencia espacial estadounidense alargó la misión durante al menos 30 días más. En la siguiente fase, Ingenuity vuela un kilómetro por delante del vehículo explorador, analizando las características geológicas y explorando áreas a las que el Perseverance no puede llegar.

24 años después del Sojourner, maxon vuelve a formar parte de un gran logro de la ingeniería en Marte.

El helicóptero de Marte también está equipado con motores de maxon. Seis motores DCX son responsables de la inclinación de las palas del rotor.

maxon: una pequeña contribución a la revolución espacial

Hoy en día, maxon puede afirmar rotundamente que es un proveedor importante para los proyectos espaciales. Los sistemas motores de esta empresa suiza han sido utilizados en satélites, regulan los motores de los cohetes y están instalados en la Estación Espacial Internacional (EEI). Su éxito no es accidental. Los ingenieros de maxon han aprendido mucho a lo largo de los años, especialmente de su colaboración con los clientes, entre los que destaca el Jet Propulsion Laboratory (JPL), que se ocupa de todas las misiones no tripuladas de la NASA. El resultado es el aumento progresivo de los estándares de calidad y el desarrollo de nuevos procesos y procedimientos de ensayo.

En la actualidad, maxon cuenta con un equipo especializado que trabaja en todos los proyectos espaciales. Sin embargo, su planteamiento fundamental para abordar todo tipo de aplicaciones es el mismo de siempre. El producto estándar del catálogo se modifica y se pone a prueba hasta que se satisfacen todos los requisitos. Este enfoque tiene un papel importante en la actual revolución de las misiones espaciales. Los productos especiales de alto precio están siendo reemplazados, cada vez más, por productos industriales modificados. El resultado es un ahorro en los costes de los proyectos, lo que a su vez permite el acceso al espacio a un rango más amplio de participantes. maxon será capaz de desarrollar muchas más aplicaciones fascinantes para el mercado del «Nuevo espacio» en los próximos años.

Más información acerca de la contribución de maxon a diferentes misiones espaciales y a Marte: mars.maxonworld.com

El vehículo explorador ExoMars, cuyo viaje a Marte está programado para 2022, contiene 17 configuraciones diferentes de motores DC con escobillas o sin escobillas en combinación con reductores, frenos y encoders.

Despegue del vehículo explorador europeo en el 2022

Más de 50 sistemas motores de maxon están instalados en el vehículo explorador ExoMars que la Agencia Espacial Europea (ESA) va a enviar a Marte. En un principio, el lanzamiento del vehículo explorador de nombre «Rosalind Franklin» se había programado para 2018, pero la misión se pospuso hasta 2020 y ahora está prevista para el año 2022. Se necesitan muchas combinaciones diferentes de sistemas motores, que incluyen motores DC, reductores y encoders, para mover y controlar el vehículo explorador, accionar el taladro y mover los paneles solares, el cabezal de la cámara y muchas más cosas.

Derechos de propiedad de las imágenes
NASA/JPL-Caltech; ESA; maxon Group