maxon Story
為太空任務客製化改造標準馬達
結合標準工業馬達和創造性共同研究成果，打造出引領科技的客製化馬達，憑藉其高精度和耐用性，成功征服火星和更遙遠的地方。
不可否認，火星上的環境可能非常惡劣，對於設計用來在地球上運行的系統相當不友善。火星的大氣層厚度大約只有地球大氣層的 1%，儘管如此，仍足以支撐起雲和風。巨型塵捲風由火星表面上的氧化鐵沙粒構成，也屬於火星大氣的永久組成部分，在特定季節期間可能覆蓋紅色行星數月之久。火星上的溫度變化範圍極大，冬季極地地區可低達 -125ºC (-195ºF)，而赤道附近正午則可達 20ºC (70ºF)。這一切聽起來都像是難以適應的環境，然而系統設計人員總是從工業級設計開始尋找合適的元件。
歷史的重要地位
自西元 1600 年代發明望遠鏡以來，火星便不斷引起人類的好奇心。即使望遠鏡的性能放大了影像，但火星仍然渺小又模糊。對火星的好奇心依舊不斷增加，很明顯，要瞭解這顆紅色行星，最終的方法就是去那裡拜訪它。1964 年，美國太空總署成功完成了第一趟近天體探測飛行，水手 4 號（Mariner 4）拍攝到火星表面坑坑洞洞的照片，反而讓科學家們想起了月球，而不是其他星球。火星地表也顯示出其歷史上曾發生過火山活動的跡象，並留下了巨大的峽谷地形。
即使是帕洛馬山天文台望遠鏡上 4.5 公尺的鏡片，也很難看清火星表面的細節。（感謝 NASA 提供圖片）
這項資訊只讓火星變得更有趣，並促使科學家們努力登陸這顆紅色行星，以便能更仔細地研究它的表面和環境。到了 1970 年代，美國太空總署的噴射推進實驗室（JPL）將第一艘太空飛行器送上火星並成功登陸。維京 1 號（Viking 1）著陸器被用於進行單點表面分析，目的在於找尋生命跡象。之後六年多的時間，維京 1 號拍攝了許多高解析的影像。它也配備了機械手臂和專門設計的生物實驗裝置，用於探測土壤樣本——並且在這個寒冷的行星上發現了火山土、乾燥的二氧化碳大氣層，以及古老河床和大洪水的證據。
在停頓了二十年後，美國太空總署在 1990 年代再次準備進入火星探勘的下一步，並且這次帶著探測車重返。為了前往火星的旅程，美國太空總署尋找堅固耐用程度足以克服火星之旅的標準工業馬達。maxon 的火星故事就此正式揭幕。美國太空總署與 JPL 開始尋找時，他們知道需要一些關鍵規格，使馬達與任務更相容搭配。例如，最重要的問題是馬達必須能承受低壓環境以及衝撞和振動，這不僅會發生在發射升空時，在重落地時必須能承受這類作用力。另一個重點是，馬達必須在極端的溫度變化周期內運行。
一直到 1997 年，第一輛探測車才成功登陸火星。採用了十顆 RE 16 DC 馬達的「拓荒者號」（Pathfinder）攜帶著「旅居者號」（Sojourner）探測車作為測試項目，旨在瞭解半客製化馬達背後的工程設計如何運作。maxon 提供了高品質且長壽的工業級馬達，幾乎沒有為這趟旅程進行任何客製化修改。到了 2004 年 1 月，兩位分別名為「勇氣號」（Spirit）和「機會號」（Opportunity）的機器人地質學家，分別降落在火星的兩端。它們比「拓荒者號」擁有更先進的機動能力，主要目標是進行科學探勘。這兩台探測車各自配備了 35 顆 maxon DC 馬達——RE 20 和 RE 25 馬達加上 MR 編碼器。
馬達用於每輛探測車上的各種應用中，包括驅動車輪、展開太陽能電池板、伸出天線桿等。在服役 15 年、行駛了 45 公里後，機會號結束了它的使命。探測車的焦點任務是科學研究，旨在探查火星在其行星歷史中，表面是否曾經有水存在。一張具說服力的沉積層照片證明了這個觀點。2018 年 11 月底，創先採用新一代 maxon 有刷 DCX 馬達和 maxon 減速機的「洞察號」（InSight）登陸火星。
合作研究和科技進步
與其他工業夥伴和美國太空總署 JPL 等太空中心共同合作，各方之間能夠交流分享經驗和專業知識，進而提升所有層面的技術能力。所獲得的知識不僅能促進例如太空探勘任務等特殊應用的半客製化元件的科技進步，同時也讓製造商能夠使用這些數據來改良標準工業產品的技術。每次的火星探測車任務都需要更高的靈活度和技術能力，各方的合作因此更成為關鍵。
第一顆 maxon DCX 馬達和行星式減速機用於特定機械機構中，利用與建築工地打樁機類似的方式將溫度感測器送入地下深處。（感謝 NASA 提供圖片）
高效率的合作夥伴關係讓參與者能學習到什麼可行、什麼不可行、哪裡可以調整以獲得更好的性能，以及如何為擴大研究找尋新機會。例如，MDA 專精於設計客製化執行器。這家公司將 maxon 的減速機、煞車器和編碼器整合到他們的 ExoMars 執行器中。由於整個製造過程都需要非常高的精確度，MDA 和 maxon 合作開發了特殊組裝技術，其中包括為每根螺栓（共有 4,000 根）建立日誌並記錄其在單元內的扭矩值。所製作的 70 個單元中，有 12 個將在 2022 年 ExoMars 任務發射時起飛。
另一個有助於提升新系統的能力和機會的是與 Flight Works 締結了高效合作夥伴關係。這家公司採用了小幅度改良的工業電動馬達，顛覆了太空飛行器的推進技術，進一步實現了前往月球、火星和更遙遠地方的旅行。Flight Works 是商用和航太（無人航空載具和其他太空推進技術）市場上高功率密度微型泵浦的領導供應商。這些單元是能夠產生極高密度的電動微型泵浦，由經過調整的 maxon 無刷工業馬達驅動，可適應發射時的劇烈振動和衝擊以及太空環境。該公司的產品是過去十年來 CubeSat 發射次數急遽增加的原因，例如美國太空總署 JPL 的「月球手電筒」任務。
泵饋推進技術促成新的太空任務。Flight Works 透過結合 maxon EC flat 盤式馬達和 EC 4-pole 工業馬達，得以設計和製造出 32mm 螺旋槳泵浦、22mm 聯氨泵浦，以及 LOX/低溫甲烷泵浦。這些微型泵浦讓泵饋推進系統得以廣泛用於各種任務中，包括小型太空飛行器上的各種泵浦應用，例如推進系統、流體管理、飛行器冷卻系統，以及計劃用於未來火星返回任務的在軌加油及維修作業。
另一項採用半客製化工業馬達的太空應用還包括國際靠泊和對接機構（IBDM），也就是用來對接兩艘載人太空飛行器的裝置，例如將「逐夢者」與國際太空站連接。商業公司也將 maxon 的馬達整合至它們的太空飛行器中，例如 SpaceX 的飛龍號太空船便使用了 10 顆 EC 40 無刷 DC 馬達來旋轉太陽能電池板、開啟導航舷窗，以及將錨定夾鎖定到位。
轉向架機電執行器中整合了用於 ExoMars 車輪驅動的 DCX 22L 和 GP 32HD 減速箱與內建編碼器
今日任務的科技
當設計必須超越極限，以能在惡劣環境中提供更高的精確度時，技術就更為重要，而且必須零故障。半客製化和客製化設計可以透過微小的改變來引起功能上的巨大的差異。
如今，美國太空總署 JPL 的火星 2020 任務（樣本處理和緩存系統）正在前往火星的途中，這項任務中派出了一輛與「好奇號」類似，但配備更大更堅固儀器套件的探測車。其目標是收集和分析樣本，並將所挑選出的最佳樣本放置在火星表面。未來還會派出另一輛探測車來拾取樣本，並將其帶回地球。maxon 的無刷 DC 馬達經過客製化調整，用於處理珍貴的火星樣本，包括用來採集土壤樣本的鑽頭卡盤。樣本將被移入探測車上專用於接收樣本的旋轉架中。一顆 maxon 馬達也被用在小型機械手臂中，用於將樣本送到工作站中進行外觀檢查、密封和保存。
與之前的實驗性任務一樣，火星 2020 任務也承載著前所未有的試驗——第一架直升機「機智號」（Ingenuity）。作為一個低成本的實驗，其目的在於驗證直升極是否能夠在火星大氣層中運行，這是迄今最具革命性的任務之一。「機智號」搭載了六顆有刷 DC 馬達（DCX 10S 作為滑盤執行器，用來調節旋翼葉片），用來操控飛行方向。直升機具有兩組旋翼，每組採用三顆馬達，因此一共有六顆。馬達外型與標準工業馬達非常相似，但是內部經過調整，以便能承受旅途中的衝擊與振動，以及在火星大氣層的低氣壓環境中運作。
我們在未來幾年中將繼續探索我們的太陽系，因此知道標準工業化元件可以用在能帶領我們前往宇宙的太空飛行器、探測車和分析儀器中，這將帶來極大的益處。只需要稍微調整修改，例如馬達和減速機等重要元件都將能夠協助科學家開拓未來，探索其他的衛星和行星。在過去幾十年裡，從每一次任務中吸取教訓，並將類似的概念應用於整個產業，已對馬達的設計有相當大的助益。引領科技是一個思考過程，設計人員會不斷自問：「還能實現什麼？」在適應需要更高能力水準的新環境時，各家公司可以確保它們不僅能保持領先地位，而且它們的標準產品也將不斷發展。
