Acionamentos de precisão no Planeta Vermelho

Mais de 100 motores elétricos da maxon foram utilizados no Planeta Vermelho e resistiram à radiação cósmica, tempestades de poeira e flutuações de temperatura. Com o rover Perseverance, os acionamentos de precisão viajaram novamente até Marte. A chave para o sucesso é a mesma de sempre: produtos industriais normalizados.

Missões em Marte sem sistemas de acionamento maxon? Impensável! Nas últimas três décadas, estes motores DC têm sido utilizados em praticamente todas as missões robóticas de sucesso. Mais de 100 desses motores já estão no Planeta Vermelho e o número cresceu novamente com a aterragem do rover Perseverance da NASA, em fevereiro de 2021. Contudo, as missões espaciais constituem apenas uma pequena parte dos projetos da maxon. A maioria dos codificadores, redutores, sistemas de controlo e motores DC e BLDC fabricados pela empresa suíça destinam-se a aplicações médicas, automação industrial ou robótica.

Então porque é que a maxon é um fornecedor tão importante para os projetos espaciais? A resposta mais simples é devido à alta qualidade dos seus produtos normalizados. Todos os acionamentos que foram utilizados em Marte são baseados em produtos do catálogo da empresa, que são utilizados na Terra nas mais variadas aplicações. É naturalmente necessário realizar modificações nos mesmos para que os produtos possam resistir às condições adversas. Apesar disso, os designs básicos são os mesmos.

A caminho do desconhecido com 11 motores DC

Em 1997, um veículo percorre, pela primeira vez na história, a superfície de Marte, capturando imagens e investigando o solo. O rover Sojourner da NASA, com seis rodas e 11 quilogramas, foi concebido na altura com o intuito de ser uma experiência de custo relativamente baixo.

Sojourner, o primeiro rover em Marte, aterrou a 4 de julho de 1997. Duração da missão: três meses. A maxon forneceu onze motores DC com um diâmetro de 16 milímetros para os acionamentos, a direção e os instrumentos científicos.

Optou-se pela utilização do maior número possível de produtos industriais normalizados — tais como os 11 motores DC utilizados para a propulsão, direção e a operação de instrumentos científicos. Os acionamentos da maxon, equipados com um rotor tipicamente não ferroso e um enrolamento rômbico, eram mais potentes e mais dinâmicos do que os motores DC convencionais. Os engenheiros da maxon também modificaram as escovas e o lubrificante. Na altura, não tínhamos a certeza se as modificações seriam suficientes para uma missão a Marte bem-sucedida. Não tínhamos qualquer experiência anterior que nos ajudasse e os desafios eram intimidantes. Os acionamentos tinham de resistir a: fortes vibrações durante o lançamento do foguetão, vácuo e radiação cósmica durante a viagem, uma aterragem dura em Marte, tempestades de poeira e flutuações de temperatura de -120 a +25 °C. No entanto, a missão foi um sucesso e a maxon tornou-se mundialmente conhecida.

O desejo de levar a cabo mais missões exploratórias ao Planeta Vermelho cresceu entre as agências espaciais. Procuravam respostas para grandes questões como: Existe água ou gelo em Marte? Existe vida ou, pelo menos, há a possibilidade de ter existido vida lá antes? E porque é que os planetas vizinhos Terra e Marte se desenvolveram de formas tão distintas?

Um duo excede todas as expectativas

Após o sucesso do Sojourner, a NASA decidiu enviar mais dois robôs de investigação científica para o espaço ao mesmo tempo: os rovers gémeos Opportunity e Spirit. Estes estavam numa classe completamente diferente de Sojourner. Cada um deles pesava 185 quilos e estava equipado com instrumentos que podiam varrer o solo e perfurar a rocha marciana. Em janeiro de 2004, os veículos aterraram no planeta separadamente um do outro e iniciaram a sua missão, que deveria durar pelo menos três meses. Spirit acabou por trabalhar durante seis anos antes de ficar preso na areia. O seu gémeo Opportunity chegou aos 15 anos, durante os quais viajou mais de 45 quilómetros. Para os cientistas envolvidos, esta missão foi um sonho tornado realidade: com a ajuda dos rovers, eles conseguiram demonstrar que deve ter existido água líquida no Planeta Vermelho — um pré-requisito para a vida.

A maxon fez um contributo importante: 35 motores DC com escovas, com diâmetros de 20 ou 25 milímetros, foram utilizados em cada um dos veículos, responsáveis pela propulsão, controlo e braço robótico. Outros oito acionamentos elétricos foram utilizados na unidade de aterragem dos rovers.

Motores semelhantes foram novamente utilizados em 2008 quando a NASA enviou a sua próxima missão ao Planeta Vermelho com a sonda estacionária Phoenix. Esta sonda procurou água congelada e finalmente encontrou-a numa amostra de solo que foi aquecida para análise. Os acionamentos maxon alinharam os painéis solares da sonda e moveram o seu braço robótico.

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Os rovers gémeos Spirit e Opportunity aterraram em Marte em janeiro de 2004. Ambos os rovers estavam equipados com 35 acionamentos maxon. Motores semelhantes foram utilizados na sonda estacionária Phoenix que aterrou no planeta a 25 de maio de 2008. A maxon forneceu nove motores DC com escovas RE 25, com rolamentos de esferas especialmente concebidos para o alinhamento dos painéis solares e para o braço robótico.

Um martelo a motor em solo marciano

Vários desenvolvimentos técnicos aconteceram desde então. Hoje, existem mais dois robôs em Marte: um deles é o rover Curiosity, que, em termos de tamanho e instrumentos de medição, supera todas as missões anteriores. O veículo tem estado em utilização desde 2012, pesa quase uma tonelada e está equipado com dez instrumentos. Neste projeto, a contribuição da maxon é pequena, mas fundamental. A empresa forneceu codificadores MR, necessários para o controlo dos motores.

No final de 2018, aterrou em Marte a seguinte sonda estacionária, InSight. Para ampliar os seus painéis solares, os engenheiros da NASA utilizaram os já comprovados motores RE 25 que anteriormente estavam instalados nos gémeos Spirit e Opportunity. Entretanto, um novo acionamento DCX com escovas foi utilizado pela primeira vez, a fim de martelar uma sonda de temperatura (chamada “toupeira”) vários metros no solo marciano.

Curiosity aterrou em Marte em agosto de 2012 e ultrapassou os seus antecessores em mais do que apenas a sua tecnologia. Curiosity é do tamanho de um carro pequeno, pesa 900 kg e é alimentado por um gerador termoelétrico radioisótopo. A maxon equipou-o com codificadores precisos que foram instalados nos eixos do acionamento.

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À procura de sinais de vida passada

A equipa maxon está novamente a olhar com entusiasmo para Marte: em fevereiro de 2021, o rover Perseverance da NASA aterrou no Planeta Vermelho. Este irá ajudar a descobrir sinais de vida passada. A sua tarefa mais importante é recolher múltiplas amostras do solo, selá-las em recipientes e depositá-las na superfície de Marte, para que uma futura missão as possa devolver à Terra. Vários motores BLDC da maxon estão a ser utilizados para manusear as amostras dentro do rover. Alguns são instalados no braço robótico, que irá depois mover as amostras de estação em estação. Os motores maxon também serão utilizados para selar e depositar os recipientes das amostras.

Estes acionamentos são baseados em produtos normalizados do catálogo da maxon — nove motores planos EC 32 e um plano EC 20 em combinação com um redutor planetário GP 22 UP. Os engenheiros da maxon modificaram e testaram rigorosamente os acionamentos durante vários anos, trabalhando juntamente com os especialistas do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL), responsável por todas as missões não tripuladas da NASA.

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O rover Perseverance chegou a Marte em fevereiro de 2021. A bordo: dez motores DC sem escovas: nove planos EC 32 (em cima) e um plano EC 20 em combinação com um redutor planetário GP 22 UP.

A voar bem alto

O rover Perseverance aterrou em Marte a 18 de fevereiro de 2021 — mas não foi sozinho. Levava consigo o drone helicóptero, Ingenuity. O drone pesa 1,8 quilogramas, movido a energia solar, e foi concebido para capturar imagens aéreas durante os voos curtos. Numa fase inicial, esta experiência irá testar o conceito para futuros drones do seu género. Não surpreende que a maxon esteja também envolvida neste dispositivo. Seis motores DCX com escovas com um diâmetro de 10 milímetros controlam a inclinação das pás do rotor, que determina a direção do voo.

Na segunda-feira, 19 de abril, o helicóptero sobrevoou a superfície do Planeta Vermelho durante cerca de 40 segundos e voltou a aterrar sobre as quatro pernas. Na perspetiva da NASA, este é um acontecimento histórico que pode ser classificado de forma semelhante ao primeiro voo controlado dos irmãos Wright, em 1903.  O plano inicial da NASA incluía a realização de cinco voos. Mas a agência espacial norte-americana prolongou a missão por pelo menos mais 30 dias. Nesta fase seguinte, o Ingenuity voa até um quilómetro à frente do rover, procurando características geológicas promissoras e explorando áreas que o Perseverance não consegue alcançar.

24 anos após o Sojourner, a maxon está novamente presente num grande feito de engenharia em Marte.

O helicóptero marciano está também equipado com acionamentos maxon. Seis motores DCX são responsáveis pela inclinação das pás do rotor.

maxon — um pequeno contributo para uma revolução espacial

Atualmente, a maxon pode afirmar legitimamente ser um fornecedor importante para projetos espaciais. Os sistemas de acionamento da empresa suíça podem ser encontrados em satélites, são utilizados para regular os motores dos foguetões e são instalados na Estação Espacial Internacional (EEI). Este sucesso não é por acaso. Os engenheiros da maxon aprenderam muito ao longo dos anos — especialmente com a sua estreita colaboração com os clientes, em particular com o Laboratório de Propulsão a Jato (JPL), responsável por todas as missões não tripuladas para a NASA. Como resultado, os padrões de qualidade têm sido progressivamente elevados e têm sido desenvolvidos novos procedimentos e processos de teste.

A maxon tem agora à sua disposição uma equipa especializada para tratar de todos os projetos espaciais: contudo, a sua abordagem fundamental para lidar com todos os tipos de aplicações diferentes é a mesma de sempre. O produto de catálogo normalizado é modificado e testado até satisfazer totalmente todos os requisitos. Esta abordagem está a desempenhar um papel importante na atual revolução nas missões espaciais. Os produtos especializados de alto custo estão a ser largamente substituídos por produtos industriais modificados. Isto resulta em custos de projeto mais reduzidos, o que, por sua vez, abre portas para o espaço a um leque mais vasto de participantes. Nos próximos anos, a maxon será capaz de desenvolver muitas outras fascinantes aplicações para este novo mercado espacial.

Saiba mais sobre o contributo da maxon nas inúmeras missões espaciais e a Marte: mars.maxonworld.com

O rover ExoMars, programado para voar até Marte em 2022, contém 17 configurações diferentes de motores DC com e sem escovas, em combinação com redutores, travões e codificadores.

Descolagem do rover europeu em 2022

Mais de 50 sistemas de acionamento da maxon estão instalados no rover ExoMars, que a Agência Espacial Europeia (AEE) irá enviar a Marte. O rover, de nome “Rosalind Franklin”, estava inicialmente previsto para ser lançado em 2018, mas a missão foi adiada até 2020 e está agora previsto para o ano 2022. São necessárias várias combinações diferentes de sistemas de acionamento que incluem motores DC, redutores e codificadores para deslocar e controlar o rover, acionar o seu perfurador e deslocar os seus painéis solares, a cabeça da câmara e muito mais.

Direitos de autor das imagens
NASA/JPL-Caltech; AEE; Grupo maxon