maxon Story
新一代月球探测车


CubeRover由Astrobotic公司的行星移动性 (Planetary Mobility) 部门设计,旨在以可负担的价格提供在月球上载运和操作各种科学仪器与有效载荷服务。
在NASA肯尼迪航天中心的投入下由Astrobotic研发的CubeRover,已通过NASA的小企业创新研究计划 (SBIR) 和临界点计划 (Tipping Point) 募得资金,这辆探测车最终将做好万全准备,飞向月球。Astrobotic已改良CubeRover产品线并将其投入市场,以提供出行即服务 (MaaS),目的在于借此降低在月球表面进行技术示范和科学研究的门槛。探测车的设计目的在于与多架月球着陆器结合使用,以便在即将到来的月球任务中发挥最大效用。
CubeRover必须体积紧凑且重量轻,能适应极端气候变化,并且赋予探测车上的各种仪器以最大的机动性。由于Astrobotic对轻量化设计、材料使用、电池尺寸和电机选择等方面尤其重视,CubeRover因此成为迄今最轻的商业用行星探测车,重量只有大约四公斤。如此也将显著降低飞行成本,从而让更多客户能登上月球。
CubeRover配备有一架经过标定的摄像机,用于在月球表面上借助已知物体(例如Astrobotic的Peregrine着陆器)来确定方位。探测车任务团队使用这些位置数据使收集到的探测任务数据更具价值,让有效载荷客户能够依据各种信息明智地选择下一步应前往何处,并在数据上标出当地的位置信息。此外,Astrobotic也根据CubeRover的有效载荷用户指南在整台探测车上设置有标准接口,以简化有效载荷的整合过程。
Astrobotic与肯尼迪航天中心的颗粒力学和风化层操作实验室持续进行测试,团队在月球风化层模拟物上测试CubeRover的机动性。这些测试着重于探测车在行经斜坡、裂隙以及在穿越任务中会遇到的其他不规则表面时的表现。
Troy Arbuckle是Astrobotic行星移动性部门的首席机械工程师,他表示:“我们为各种有效载荷应用打造了一个移动平台。”CubeRover基本上就是共享航班,任何想造访月球的人都可以搭乘。CubeRover采用与CubeSat类似的方式,支持标准形状的各种仪器组。CubeRovers利用国际公认的CubeSat分级法来定义有效载荷体积和承载能力,这种分级法以可支持1 kg有效载荷的10cm x 10cm x 10cm体积为一个单位或简称“U”。Astrobotic目前正在开发2U、4U和6U尺寸的CubeRover,以满足有效载荷市场的需求。
CubeRover的传动系统采用四个maxon BLDC电机和齿轮箱,并且都已针对太空和月球表面的恶劣应用环境进行最佳化改良。这些以工业目录同类产品为基础的执行器,其太空版本原本是与JPL共同研发而成,属于Mars2020任务“毅力号”探测车的一部分。在成功通过火星设计认证之后,maxon进一步优化设计和相关生产技术,以用于对成本更敏感的(相较于火星科学任务)商业太空应用。
目标在于保留所有关键设计特性,以确保在移除Mars2020任务的特殊设计特性之后,电机仍然具有能抵抗冲击、振动、真空和宽温度范围的特性。结果是:电机及其相应的齿轮箱成为计划的太空额定产品目录中的第一项。
与设计同样重要的是生产技术,采取更先进的步骤来确保品质,并且还实施更广泛的验收测试程序 (ATP),例如供货的每一个执行器都应接受100%负载测试。如此缜密的测试,成就了重量优化、功率密度高、坚固耐用的电机和齿轮箱,能够适应太空环境条件并达到应用所需的可靠性。
CubeSat中采用源自胰岛素泵的驱动装置
CubeRovers的设计中所采用的技术基于JPL为其他任务而研发的技术。这也是设计中包含maxon电机以及齿轮箱的原因之一。maxon曾参与过ESA和NASA的许多项目,在目前正在服役的“毅力号”火星探测车和“机智号”直升机中也能看到maxon产品的身影。
maxon也作为Astrobotic公司的启始客户,与其合作开发太空级X驱动系统。在这个案例中,源自maxon高规范医疗应用的设计一般被用于便携式胰岛素泵。其目标市场是数量不断增加的CubeSat和相关的机械装置。
在克服了设计方面的挑战并按照CubeRover的最终目标做出调整之后,Astrobotic再次为人类的太空旅行技术写下一篇独一无二的宝贵篇章。利用专为太空科学任务所研发的设计来创造低成本但可靠性极高的设计,他们有高度的信心开拓全新的商业市场。maxon很乐意与Astrobotic合作,成为该公司商业太空目录新产品系列的第一个客户,并且期待在2022年的首次飞行中取得圆满成功。