Miniaturowe silniki w badaniu kosmosu

Łącząc wyjątkową wydajność z kompaktową budową, mikronapędy mogą być wykorzystywane w szerokiej gamie aplikacji. Ich niewielka waga i długoterminowa niezawodność sprawiają, że są one przydatne m.in. w zastosowaniach związanych z eksploracją kosmosu.

Posłuchaj
00:00

Wysłanie każdego dodatkowego kilograma na orbitę wiąże się ze stukrotnie większym kosztem ponoszonym na paliwo! Z tego powodu mikronapędy są w tego typu aplikacjach doskonałym wyborem. Są one również odporne na krótkotrwałe przeciążenia i mogą pracować w dużym zakresie temperatur ujemnych i dodatnich - o ile zostaną nieznacznie zmodyfikowane w zakresie stosowanych materiałów i środków smarnych.

Fot. 1. Kompaktowe, łatwe w obsłudze napędy bazujące na silnikach krokowych FAULHABER mogą sprostać najróżniejszym wyzwaniom, w tym pracując jako moduł do rozwijania sond pomiarowych

Sprawia to, że w zastosowaniach kosmicznych są one produktami optymalnymi pod względem ekonomicznym, co dzieje się bez utraty ich niezawodności i trwałości.

Nowoczesny świat opiera się na wykorzystaniu energii elektrycznej, fal elektromagnetycznych oraz różnorodnych urządzeń. Chociaż polegamy na nich praktycznie na co dzień, podlegają one wpływowi zewnętrznych zakłóceń. Interakcja pomiędzy wiatrem słonecznym a ziemskim polem magnetycznym jest nie tylko powodem powstawania imponujących zórz polarnych, ale też może paraliżować działanie sieci energetycznych i telekomunikacyjnych w krajach półkuli północnej.

Aby zbadać wpływ magnetosfery ziemskiej na nasz świat, w 2014 roku NASA wysłała w kosmos cztery sondy pomiarowe. Każdy z satelitów zawiera cztery jednostki silnikowe dostarczone przez firmę MICROMO z USA wchodzącą w skład grupy FAULHABER. Napędy te odpowiadają za zwijanie i rozwijanie kabli sond pomiarowych.

ISTNIEJE TYLKO JEDNA SZANSA

Rys. 1. Pole magnetyczne Ziemi jest zniekształcane przez wiatr słoneczny - jego dokładne pomiary pozwalają przewidywać występowanie zakłóceń w działaniu urządzeń i systemów elektrycznych

Eksploracja kosmosu to kosztowny biznes, a w przypadku wielu misji szansa na powodzenie jest tylko jedna. Jeżeli wystąpi błąd, to właściwie nie ma możliwości i często też zasobów do przeprowadzenia drugiej próby. Stąd też kluczowe stają się tu dwa aspekty - niezawodność i opłacalność ekonomiczna. W tym obszarze wymagania odnośnie do technologii kosmicznych pokrywają się z naszymi "ziemskimi", przemysłowymi.

Nowoczesne rozwiązania mikronapędowe są dzisiaj na tyle dojrzałe, że praktycznie nie są wymagane ich modyfikacje w celu zastosowań w warunkach ekstremalnych. Przeważnie dokonuje się tu niewielkich optymalizacji technicznych - to wszystko, czego potrzeba do spełnienia wymagań.

Gdy NASA rozpoczęła poszukiwania napędów do wykorzystania w projekcie Magnetospheric Multiscale Mission (MMS), wymagane było znalezienie jednostki małej, lekkiej, a jednocześnie wydajnej i długoterminowo niezawodnej. Taki produkt znalazł się w filii firmy FAULHABER w Stanach Zjednoczonych. Miniaturowe silniki krokowe zostały wybrane do zwijania i rozwijania czterech sond do pomiarów pola magnetycznego - każdej o długości około 60 metrów.

Ponieważ misja ma na celu obserwację wpływu wiatru słonecznego na ziemskie pole magnetyczne, czas jej trwania planowany był na kilka lat. W pierwszym roku obserwacje skupione były na regionie pomiędzy Ziemią i Słońcem, w kolejnym sondy zostały przeprogramowane i obserwowany był obszar odwrócony od Słońca, gdzie obraz pola magnetycznego wygląda niczym flaga umieszczona na wietrze słonecznym.

Jako że jednocześnie wykorzystywane były cztery satelity z kompletem sond i całych systemów pomiarowych, konieczne było dostarczenie do NASA czterdziestu zmodyfikowanych, kompaktowych jednostek napędowych.

WYMAGAJĄCE ZADANIA

Rys. 2. Rozmieszczenie napędów nawijarki kabli w satelicie

Niewielka waga i wymiary to nie wszystkie korzyści związane z miniaturowymi silnikami krokowymi. Ich niezawodność dodatkowo zwiększa brak konieczności stosowania wymagających kontrolerów - wystarczą relatywnie proste, a dzięki temu też wytrzymałe sterowniki silników krokowych. Jak wiadomo - im większy poziom złożoności urządzeń elektronicznych, tym bardziej są one narażone na wpływ promieniowania kosmicznego.

W takich przypadkach wymagane jest też zwykle dodatkowe ekranowanie, co zwiększa ciężar całego układu. Warto również zaznaczyć, że silniki są zintegrowane z przekładniami, a całkowita długość kompaktowych jednostek to zaledwie ułamek powyżej 56 mm. Pomimo wysokiego poziomu miniaturyzacji, napędy mogą wytwarzać moment obrotowy do 0,5 Nm.

Główne zmiany wprowadzone w silnikach dotyczyły zastosowania odpowiednich środków smarnych oraz otworów do szybkiego odpowietrzania jednostek napędowych. Te ostatnie są szczególnie ważne, bowiem rakieta bardzo szybko opuszcza atmosferę i konieczne jest zapewnienie szybkiej wentylacji silników, tak aby nie powstały w nich uszkodzenia spowodowane nadmiernym ciśnieniem wewnętrznym.

Jeżeli chodzi o smarowanie, ważne było, aby wykorzystać materiał, który jest odporny na ekstremalne temperatury i nie odparowuje w próżni. Standardowe komponenty, takie jak łożyska i elementy przekładni zębatej, zostały nasmarowane odpowiednim rodzajem smaru. Wszystkie napędy musiały być oddzielnie oznakowane i wydane z odpowiednim świadectwem homologacji.

PODSUMOWANIE

Dostępne dzisiaj nowoczesne mikrosilniki mogą - jako elementy standardowe, spełniać dosyć ekstremalne wymagania. Drobne poprawki w ich projekcie czy wykorzystywanym smarowaniu to wszystko, co jest wymagane, aby sprostały one nawet najbardziej wymagającym warunkom podczas eksploracji kosmosu.

FAULHABER

Więcej na www.faulhaber.pl
Zobacz więcej w kategorii: Prezentacje firmowe
Silniki i napędy
Serwohydrauliczny napęd Bosch Rexroth zwiększa sprawność energetyczną pras do głębokiego tłoczenia
Obudowy, złącza, komponenty
277 powodów, by wybrać przyszłość bez smarowania. NOWOŚCI igus na 2025 rok
PLC, HMI, Oprogramowanie
Bosch Rexroth oferuje usługę FOTA - aktualizowanie sterowników – także pochodzących od innych producentów
Pomiary
PL Flush – precyzyjny czujnik ciśnienia do aplikacji z ograniczoną przestrzenią montażową
Pomiary
Ekran dotykowy, wyjście HDMI, mała masa, kompaktowe wymiary - nowe oscyloskopy Voltcraft z serii DOV
Bezpieczeństwo
Obniżenie kosztów suwnic wewnętrznych nawet o 40% dzięki nowemu prowadnikowi ślizgowemu firmy igus
Zobacz więcej z tagiem: Silniki i napędy
Gospodarka
Nidec ACIM uruchamia w Chinach nową superfabrykę silników
Prezentacje firmowe
Serwohydrauliczny napęd Bosch Rexroth zwiększa sprawność energetyczną pras do głębokiego tłoczenia
Prezentacje firmowe
Opłacalny mikroskop chirurgiczny dla krajów o słabej infrastrukturze wygrywa konkurs na polimerowe łożysko w konkursie manus 2025

Poradnik doboru rozwiązań drukujących - drukarki mobilne, stacjonarne i przemysłowe

Jak dobrać drukarkę do zastosowań w logistyce, przemyśle czy handlu? Na co zwrócić uwagę, jeżeli chodzi o cechy i funkcje urządzenia? Jak zapewnić wysoką niezawodność pracy oraz trwałość systemu drukującego? A co z oprogramowaniem? W artykule odpowiadamy na powyższe pytania, przedstawiając przykłady nowoczesnych urządzeń drukujących, które z powodzeniem sprawdzają się w wymienionych zastosowaniach.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów