Precisieaandrijvingen op de rode planeet

Meer dan 100 elektromotoren van maxon zijn op de rode planeet in gebruik geweest en hebben kosmische straling, stofstormen en temperatuurschommelingen doorstaan. Met de Marsrover Perseverance vlogen er opnieuw precisieaandrijvingen naar Mars. De sleutel tot succes blijft dezelfde: standaard industriële producten.

Marsmissies zonder aandrijfsystemen van maxon? Ondenkbaar! In de afgelopen drie decennia zijn deze gelijkstroommotoren in vrijwel alle succesvolle robots voor de missies gebruikt. Er zijn er al meer dan 100 op de rode planeet en het aantal is weer gestegen met de landing van NASA's Marsrover Perseverance in februari 2021. Waarbij opgemerkt moet worden dat ruimtemissies maar een klein gedeelte van het totaal aantal projecten van maxon uitmaken. De meeste DC- en BLDC-motoren, regelaars, overbrengingen en encoders van het Zwitserse bedrijf vinden hun toepassing in de medische wereld, in de industriële automatisering of de robotica.

Waarom is maxon dan zo'n belangrijke leverancier voor ruimtevaartprojecten? Het korte antwoord luidt: vanwege de hoge kwaliteit van haar standaardproducten. Alle aandrijvingen die op Mars zijn ingezet, zijn gebaseerd op producten uit de catalogus van het bedrijf. Dit zijn producten die op aarde in allerlei verschillende toepassingen worden gebruikt. Uiteraard zijn er aanpassingen nodig. De producten moeten natuurlijk tegen de zware omstandigheden bestand zijn. De basisontwerpen zijn echter dezelfde.

Naar het onbekende met 11 DC-motoren

In 1997 reed er voor het eerst in de geschiedenis een voertuig rond op Mars. Dankzij dit voertuig konden foto’s van het oppervlak worden gemaakt en kon de bodem worden onderzocht. NASA's Marsrover Sojourner, met zes wielen en een gewicht van slechts 11 kilogram, was destijds bedoeld als een relatief goedkoop experiment.

Sojourner, de eerste Marsrover, landde op 4 juli 1997 op de rode planeet. Duur van de missie: drie maanden. maxon leverde elf gelijkstroommotoren met een diameter van 16 millimeter voor de aandrijving, de besturing en de wetenschappelijke instrumenten.

Men koos voor het gebruik van zoveel mogelijk standaard industriële producten, waaronder 11 DC-motoren van maxon die werden gebruikt voor de voortstuwing, besturing en de werking van wetenschappelijke instrumenten. De maxon aandrijvingen, met hun typische ijzerloze rotor en ruitvormige wikkeling, waren krachtiger en dynamischer dan conventionele gelijkstroommotoren. Borstels en smeermiddel werden door maxon's ingenieurs aangepast. We waren destijds allemaal onzeker of de aanpassingen wel voldoende zouden zijn voor een succesvolle Marsmissie. We misten de ervaring en de moeilijkheidsgraad van de vragen waar we voor stonden was ontmoedigend. De aandrijvingen moesten het volgende kunnen overleven: sterke trillingen tijdens de raketlancering, vacuüm en kosmische straling tijdens de reis, een harde landing op Mars, stofstormen en temperatuurschommelingen van -120 tot +25 °C. De missie was echter een succes en maxon werd wereldberoemd.

Maar de ruimtevaartorganisaties hadden nog lang niet genoeg gehad en wilden vaker op verkenning gaan. Ze zochten antwoorden op grote vragen, zoals: Is er water of ijs op Mars? Bestaat er leven op de planeet of heeft er ooit eerder leven kunnen bestaan? En waarom hebben Aarde en Mars zich zo verschillend ontwikkeld?

Een duo overtreft alle verwachtingen

Na het succes van de Sojourner besloot NASA om nog twee wetenschappelijke onderzoeksrobots tegelijk de ruimte in te sturen: de tweelingrovers Opportunity en Spirit. Ze waren van een heel ander kaliber dan Sojourner. Elke rover woog 185 kilogram en was uitgerust met instrumenten die over de bodem konden vegen en in Martiaans gesteente konden boren. In januari 2004 landden de voertuigen elk voor zich op de planeet en begonnen ze aan hun missie, die minstens drie maanden moest gaan duren. Spirit werkte uiteindelijk zes jaar voordat het vast kwam te zitten in het zand. Zijn tweelingbroer Opportunity haalde 15 jaar, waarin hij meer dan 45 kilometer aflegde. Voor de betrokken wetenschappers was deze missie een droom die uitkwam: met behulp van de rovers konden ze aantonen dat er ooit water op de rode planeet heeft gestroomd - een voorwaarde voor leven.

maxon leverde een essentiële bijdrage: In elk van de voertuigen werden 35 gelijkstroommotoren met borstels en met een diameter van 20 of 25 millimeter gebruikt, die verantwoordelijk waren voor de voortstuwing, de besturing en de robotarm. Nog eens acht elektrische aandrijvingen waren in de landingseenheid van de rovers gebouwd.

Vergelijkbare motoren werden opnieuw gebruikt in 2008 toen NASA zijn volgende missie naar de rode planeet stuurde met de stationaire sonde Phoenix. Hij zocht naar bevroren water en vond het uiteindelijk in een bodemmonster dat voor analysedoeleinden werd verwarmd. maxon's aandrijvingen lijnden de zonnepanelen van de sonde uit en zorgden ervoor dat de robotarm kon bewegen.

1/3

De tweelingrovers Spirit en Opportunity landden in januari 2004 op Mars. Beide rovers waren uitgerust met 35 maxon aandrijvingen. In de stationaire sonde Phoenix, die op 25 mei 2008 op de planeet landde, werden soortgelijke motoren gebruikt. maxon leverde negen RE 25-gelijkstroommotoren met borstels en speciaal ontworpen kogellagers, voor de uitlijning van de zonnepanelen en voor de robotarm.

Een motor zorgt ervoor dat in de Martiaanse bodem kan worden gehamerd

Sindsdien hebben zich veel technische ontwikkelingen voorgedaan. Nu zijn er nog twee robots op Mars: Een daarvan is de Curiosity die qua omvang en meetinstrumenten alle voorgaande missies in de schaduw stelt. Het voertuig is sinds 2012 in gebruik, weegt bijna een ton en is uitgerust met tien instrumenten. In dit project is de bijdrage van Maxon weliswaar klein, maar cruciaal. Het bedrijf leverde MR-encoders die voor de besturing van de motoren nodig zijn.

Eind 2018 landde de volgende stationaire sonde, InSight, op Mars. Om de zonnepanelen uit te breiden, gebruikten de NASA-ingenieurs de beproefde RE 25-motoren die eerder in de tweelingrovers Spirit en Opportunity waren geïnstalleerd. Ondertussen werd voor het eerst een nieuwe DCX-aandrijving met borstels ingezet om een temperatuursonde (ook wel "mol" genoemd) enkele meters in de Martiaanse bodem te hameren.

Curiosity landde in augustus 2012 op Mars, en overtrof zijn voorgangers op vele fronten, bijvoorbeeld wat betreft technologie. Curiosity is zo groot als een kleine auto, weegt 900 kg, en wordt door een thermo-elektrische radio-isotopengenerator aangedreven. maxon rustte de rover uit met precieze encoders die op de aandrijfassen zijn aangebracht.

1/2

Zoeken naar levenstekens

Het team van maxon wacht weer vol spanning de gebeurtenissen op Mars af: in februari 2021 landde NASA¨s Marsrover Perseverance op de rode planeet. De Marsrover onderzoekt of er ooit leven op Mars heeft bestaan. Zijn belangrijkste taak is om diverse bodemmonsters te nemen, ze in containers te verpakken en ze op het Marsoppervlak te deponeren zodat een vervolgmissie ze naar de aarde kan terugbrengen. Verschillende maxon BLDC motoren worden gebruikt om de monsters in de rover te verwerken. Sommige zijn geïnstalleerd in de robotarm die de monsters van station naar station gaat verplaatsen. maxon motoren worden ook bij het afdichten en neerzetten van de monstercontainers op de Marsbodem gebruikt.

Deze aandrijvingen zijn gebaseerd op standaardproducten uit de catalogus van maxon - negen EC 32 flat motoren en één EC 20 flat in combinatie met een planetaire overbrenging GP 22 UP. De ingenieurs van maxon hebben de aandrijvingen gedurende vele jaren aangepast en grondig getest, in samenwerking met de specialisten van het Jet Propulsion Laboratory (JPL), dat alle onbemande missies voor NASA sponsort.

1/3

De Marsrover Perseverance arriveert in februari 2021 op Mars. Aan boord: tien borstelloze gelijkstroommotoren: negen EC 32 flat (boven) en één EC 20 flat in combinatie met een planetaire overbrenging GP 22 UP.

Flying high

De Marsrover Perseverance landde op 18 februari 2021 op Mars - maar niet alleen. In zijn kielzog reisde de Marshelikopter, Ingenuity, mee. De drone weegt 1,8 kilogram, wordt aangedreven door zonne-energie en is ontworpen om tijdens korte vluchten luchtfoto's te maken. Dit experiment moet in de eerste plaats het concept voor verdere drones van dit type testen. Het zal niemand verbazen dat maxon ook bij dit experiment betrokken is. Zes DCX-motoren met borstels en een diameter van 10 millimeter regelen de kanteling van de rotorbladen, die de vliegrichting bepaalt.

Op maandag 19 april vloog de helikopter ongeveer 40 seconden over het oppervlak van de rode planeet en landde weer op vier poten. Volgens NASA is dit een historische gebeurtenis die vergelijkbaar is met de eerste vlucht van de gebroeders Wright in 1903.  NASA's oorspronkelijke plan was om vijf vluchten uit te voeren. Maar het Amerikaanse ruimteagentschap verlengde de missie nog eens 30 dagen. In deze volgende fase vliegt Ingenuity tot een kilometer voor de rover uit, op zoek naar veelbelovende geologische bewijsstukken en naar gebieden die Perseverance niet kan bereiken.

24 jaar na Sojourner maakt maxon opnieuw deel uit van een groot technisch bravourestuk op Mars.

De Marshelikopter is eveneens met maxon aandrijvingen uitgerust. Zes DCX-motoren zorgen voor de kanteling van de rotorbladen.

maxon – een kleine bijdrage aan een revolutie binnen de ruimtevaart

Vandaag kan maxon met recht beweren dat het bedrijf een belangrijke leverancier voor ruimtevaartprojecten is. De aandrijfsystemen van het Zwitserse bedrijf zijn te vinden in satellieten, worden gebruikt om raketmotoren te besturen en zijn geïnstalleerd in het Internationale Ruimtestation (ISS). Dit succes is zeker geen toeval. maxon's ingenieurs hebben in de loop der jaren veel geleerd - vooral van de nauwe samenwerking met klanten, met name het Jet Propulsion Laboratory (JPL), dat alle onbemande missies voor NASA sponsort. Zodoende zijn de kwaliteitsnormen geleidelijk verhoogd en zijn nieuwe testprocedures en processen ontwikkeld.

maxon heeft nu een gespecialiseerd team dat over alle ruimtevaartprojecten gaat: de aanpak van allerlei verschillende toepassingen is echter fundamenteel dezelfde als altijd. Het standaard catalogusproduct wordt net zolang aangepast en getest totdat het van a tot z aan alle eisen voldoet. Deze aanpak speelt een belangrijke rol in de huidige revolutionaire ontwikkelingen op het gebied van ruimtevaartmissies. Extreem dure exclusieve producten worden steeds vaker door aangepaste industriële producten vervangen. Dit resulteert in lagere projectkosten, die wederom tot gevolg hebben dat meer mensen de ruimte in kunnen. maxon gaat in de komende jaren nog veel meer opwindende toepassingen voor deze "New Space"-markt ontwikkelen.

Meer informatie over de bijdrage van maxon aan verschillende Mars- en ruimtevaartmissies is te vinden op: mars.maxonworld.com

De Marsrover ExoMars, wiens vlucht naar Mars gepland is voor 2022, bevat 17 verschillende configuraties van gelijkstroommotoren met of zonder borstels in combinatie met overbrengingen, remmen en encoders.

Start van de Europese rover in 2022

Meer dan 50 aandrijfsystemen van maxon zijn in de Marsrover ExoMars geïnstalleerd die het Europees Ruimteagentschap (ESA) naar Mars stuurt. De rover, "Rosalind Franklin" genaamd, zou oorspronkelijk in 2018 gelanceerd worden, maar de missie werd uitgesteld tot 2020 en staat nu gepland voor 2022. Veel verschillende combinaties van aandrijfsystemen - bestaande uit DC-motoren, overbrengingen en encoders - zijn nodig om de rover te verplaatsen en te besturen, de boor aan te drijven, de zonnepanelen, de camerakop en nog veel meer te bewegen.

Image Copyrights
NASA/JPL-Caltech; ESA; maxon Group