maxon Story
De volgende generatie maanrovers
De CubeRover, ontworpen door de afdeling Planetary Mobility van Astrobotics, was ontworpen om een betaalbare service te bieden voor het vervoeren en bedienen van verschillende wetenschappelijke instrumenten en ladingen op het maanoppervlak.
De CubeRover, ontwikkeld door Astrobotic in samenwerking met NASA’s Kennedy Space Center, werd gefinancierd door middel van NASA’s Small Business Innovation Research (SBIR) en Tipping Point programma’s – en zal zijn hoogtepunt bereiken in de vorm van een rover die klaar is om naar de maan te vliegen. Astrobotic heeft de CubeRover-productlijn verbeterd en gecommercialiseerd om mobiliteit als service (MaaS) te leveren, zodat de instapbarrières worden doorbroken voor technologiedemonstraties en wetenschappelijk onderzoek op het maanoppervlak. De opdracht was om de rover met meerdere maanlanders compatibel te maken, om zijn nut voor komende maanmissies te maximaliseren.
De CubeRover moest compact en licht zijn, extreme klimaatschommelingen kunnen verdragen en de maximale mobiliteit van de instrumenten op de rover mogelijk maken. Dankzij de nadruk die door Astrobotic werd gelegd op het lichte ontwerp, materiaalgebruik, accugrootte en motorkeuze, is de CubeRover met rond vier kilogram gewicht de lichtste commerciële planetaire rover tot nu toe. Dit leidt tot drastisch lagere vluchtkosten, waardoor de maan beter toegankelijk wordt voor meer klanten.
De CubeRover is uitgerust met een gekalibreerde camera die wordt gebruikt voor navigatiedoeleinden: door middel van de camera kan de rover zich ten opzichte van bekende objecten op het maanoppervlak, zoals de Peregrine lander van Astrobotics - oriënteren. Deze lokalisatiegegevens, die worden gebruikt door het operatieteam van de rover, vergroot de waarde van de verzamelde missiedata, waardoor payloadklanten een goed geïnformeerde beslissing kunnen nemen over het volgende reisdoel en data kunnen voorzien van lokale positie-informatie. Bovendien heeft Astrobotic in de hele rover standaard-interfaces opgenomen die zijn gedefinieerd in de CubeRover Payload User's Guide om het payload-integratieproces te vereenvoudigen.
Er worden tests uitgevoerd bij Astrobotic en het Granular Mechanics and Regolith Operations Laboratory van het Kennedy Space Center, waar het team met de CubeRover mobiliteitstests uitvoert in verschillende maanregolietsimulatoren. Deze tests karakteriseren de prestaties van de rover op hellingen, in gaten en over oneffenheden in het terrein, die tijdens missies moeten worden overwonnen.
Volgens Troy Arbuckle, hoofd werktuigbouwkundig ingenieur planetaire mobiliteit bij Astrobotic, “We hebben mobiliteitsplatformen gecreëerd voor talrijke payloadtoepassingen.” CubeRovers bieden in principe een soort carpooling aan iedereen die onderzoek op de maan wil doen aan. CubeRovers maken gebruik van een methode die is te vergelijken met CubeSats, doordat ze verschillende instrumentpakketten in een standaardvormfactor ondersteunen. CubeRovers maken gebruik van de internationaal erkende CubeSat-meetmethode om het payloadvolume en het draagvermogen te bepalen, waarbij een volume van 10 cm x 10 cm x 10 cm dat 1 kg nuttige last kan dragen, een unit of afgekort "U" wordt genoemd. Astrobotic ontwikkelt momenteel CubeRovers van 2U, 4U en 6U om aan de payloadmarktvraag te voldoen.
De CubeRover-aandrijvingen maken gebruik van vier maxon BLDC-motoren en overbrengingen die zijn geoptimaliseerd voor gebruik onder de extreme omstandigheden zoals die in de ruimte en op het maanoppervlak heersen. Uitgaande van hun industriële catalogusmodellen werden de ruimtevaartversies van deze actuatoren oorspronkelijk samen met JPL ontwikkeld als onderdeel van de rovermissie Mars2020 met de Perseverance. Na het succesvolle ontwerp voor Mars heeft maxon het design en de bijbehorende productietechnieken optimaal aangepast voor meer kostengevoelige (in vergelijking met wetenschappelijke Marsmissies), commerciële ruimtetoepassingen.
Het doel was om alle sleuteleigenschappen van het ontwerp, die de motor robuust maakten tegen schokken, trillingen, vacuüm en grote temperatuurschommelingen, te behouden en tegelijkertijd de specifieke ontwerpeigenschappen van de Mars2020-missie te schrappen. De motoren en bijbehorende overbrengingen zijn de eerste producten die in een geplande catalogus met ruimtevaartproducten worden opgenomen.
Net zo belangrijk als het ontwerp zijn de productietechnieken, waarbij verbeterde kwaliteitscontrolestappen zijn geïmplementeerd. Bijvoorbeeld een uitgebreide ATP (Acceptance Test Procedure), met een 100% belastingstest van elke geleverde actuator. Dit heeft geleid tot massa-geoptimaliseerde, robuuste motoren en overbrengingen met een hoge vermogensdichtheid, die geschikt zijn voor de omgevingsomstandigheden en betrouwbaarheidseisen in de toepassing.
Aandrijvingen van insulinepompen voor CubeSats
De geïntegreerde technologieën voor het ontwerp van de CubeRovers zijn gebaseerd op de technologieën die door JPL worden gebruikt voor hun andere missies. Dit is een van de redenen waarom maxon’s elektrische motoren en overbrengingen in het ontwerp werden gebruikt. maxon heeft meegewerkt aan vele projecten voor zowel ESA als NASA, waaronder de huidige Marsrover Perseveranceen de Ingenuity-helikopter.
maxon heeft ook samengewerkt met Astrobotic als lanceringsklant voor een X-aandrijfsysteem voor de ruimtevaart. Afgeleid van maxon’s sterk gereguleerde ontwerpen voor medische toepassingen, in dit geval veelgebruikt in draagbare insulinepompen. De doelmarkt hiervoor zijn het groeiende aantal CubeSats en hun bijbehorende mechanismen.
Na de totstandkoming van het ontwerp en daaruit voortvloeiende ontwerpaanpassingen op basis van de uiteindelijke doelstellingen van de CubeRovers, heeft Astrobotic een unieke en waardevolle aanvulling op onze ruimtevaarttechnologie gecreëerd. Door gebruik te maken van de ontwerpen die waren ontwikkeld voor wetenschappelijke ruimtemissies, om lagere kosten te produceren, maar een ontwerp met hoge betrouwbaarheid, openen ze met veel vertrouwen nieuwe commerciële markten. maxon verheugt zich op de samenwerking met Astrobotic als een van de eerste klanten voor een nieuwe serie catalogusproducten voor commerciële ruimtevaart en kijkt uit na een gezamenlijk succes voor de eerste vlucht in 2022. Door de voor wetenschappelijke ruimtevaartmissies ontwikkelde ontwerpen te benutten om goedkopere, maar uiterst betrouwbare ontwerpen te produceren, opent men met vertrouwen nieuwe commerciële markten. maxon verheugt zich op de samenwerking met Astrobotic. Het bedrijf is een van de eerste klanten voor zijn nieuwe serie catalogusproducten voor de commerciële ruimtevaart. maxon kijkt uit naar een gezamenlijk succes voor de eerste vlucht in 2022.