6,5 миллиардов километров до рабочего места

Опубликовано: 11 июня 2015 г. в 15:16, 27 просмотровКомментировать

В конце мая 2014 года космический аппарат «Розетта» вышел на орбиту кометы 67Р/Чурюмова-Герасименко, чтобы в августе приблизиться к поверхности кометы и провести подготовку к высадке спускаемого аппарата «Филы». 12 ноября 2014 года баллистически спускаемый аппарат весом 100 кг совершил касание с поверхностью кометы и приступил к экспериментам с целью исследования состава небесного тела. Аппарат оснащен 14 системами приводов FAULHABER, которые выдержали сложное 10-летнее космическое путешествие в условиях вакуума и сверхнизких температур, чтобы внести свой вклад в получение ценной информации о происхождении и истории Солнечной системы.

Как и астероиды, кометы (или метеоры) считаются остатками, возникшими при образовании Солнечной системы. Они были сформированы в холодных глубинах космоса. При приближении к Солнцу ядро кометы, диаметр которого составляет всего лишь несколько километров, обволакивается туманной оболочкой, которая называется комой и придает комете ее типичный внешний вид туманного объекта. Кометы издавна привлекают внимание человечества. В античные времена древние греки и римляне считали их знаками свыше, а в Средневековье за кометами закрепилась слава предвестников судьбоносных событий. Теперь европейским ученым впервые удалось совершить высадку на комету, чтобы вблизи исследовать ее и делать новые открытия об истоках нашей Солнечной системы. Однако это рискованное предприятие требует максимума от используемой техники, поэтому баллистически спускаемый аппарат оборудован целым рядом компактных приводов, которые должны надежно работать после многолетнего космического полета. Например, они должны выполнять свои функции во время посадки и проведения исследований на поверхности кометы.

Аппарат «Филы» совершил три касания с поверхностью

Ввиду малой силы притяжения небесного тела очень сложно закрепиться на поверхности и гарантировать фиксацию в течение всего периода работы. При содействии Немецкого центра авиации и космонавтики (DLR) сотрудники Института внеземной физики общества Макса Планка (МРЕ) разработали для зонда специальную систему якорей: при соприкосновении с поверхностью аппарат должен был под действием топливного заряда немедленно выбросить два гарпуна и закрепиться в грунте. Зубцы должны были предотвратить отсоединение посадочных опор от поверхности. При выбросе каждого гарпуна было предусмотрено вытягивание троса, который затем с помощью бесколлекторного серводвигателя FAULHABER серии 1628 с планетарным редуктором 16/7 должен был быть намотан на барабан и натянут в целях закрепления зонда на поверхности кометы. Все это было запланировано, однако выброс гарпунов не произошел, механизм намотки троса не был задействован, и «Филы» трижды совершил посадку без прочной фиксации с грунтом. Несмотря на это, минилаборатория смогла приступить к исследованиям.

Посадочное устройство и анализ проб

Во время посадки и другие двигатели должны были выполнять дальнейшие важные задачи: для преобразования кинетической энергии посадки (ок. 50 Дж) в электрическую, а затем и в тепловую энергию посредством шарико-винтовой передачи, был подключен напрямую через внешний резистор двигатель FAULHABER серии 3557 с колоколообразным корпусом, используемый в качестве генератора. Дополнительные приводы FAULHABER серии 1224 использовались в трех посадочных опорах спускаемого аппарата, например, для того чтобы посредством карданного соединения поворачивать и наклонять верхнюю часть аппарата в целях оптимального выравнивания панелей солнечных батарей. А для забора проб потребовались микроприводы, отвечающие за работу бурава, который подает пробы в небольшие печи для пиролиза. Миниатюрные двигатели FAULHABER серии 1016 с планетарным редуктором 10/1 через червячный привод приводят в действие эксцентрик, который перемещает керамический затвор к соответствующей печи и одновременно замыкает электрические контакты нагревательного элемента печи. Через тонкие трубки в затворе печи газ в целях анализа подается на научные приборы. В течение первой фазы исследований, которая длилась 56 часов, зонд выполнил все запланированные научные измерения на поверхности кометы. «Филы» успешно передал данные анализов в центр управления спускаемым аппаратом и дополнительно выровнял свою верхнюю часть относительно Солнца. Сотрудники ESA и DLR уже сегодня рассматривают экспедицию как полный успех, однако обработка всех полученных данных займет определенное время.

Космос и его требования

Космос предъявляет высокие требования к приводам: каждый килограмм запущенной в космос массы означает затрату энергии, топлива и, соответственно, денежных средств. Поэтому необходимы легкие и компактные решения, которые в то же время должны выдерживать огромные силы вибрации и ускорения во время запуска, а также обладать устойчивостью к постоянным сверхнизким температурам в космосе.

В космических проектах фактор затрат является одним из основных критериев выбора используемых компонентов, поэтому разработчики по возможности хотели обойтись без дорогостоящих специальных конструкций. Для начала они решили ознакомиться с серийной продукцией, чтобы найти варианты, максимально соответствующие их представлениям. В широком ассортименте систем приводов FAULHABER разработчики нашли то, что искали. Предлагаемые здесь стандартные решения приводов отвечали всем механическим требованиям. Путем относительно небольшого числа недорогих модификаций удалось приспособить эти приводы к особым условиям в космосе.

Модификация стандартных приводов

Например, бесколлекторный серводвигатель постоянного тока с прецизионным редуктором послужил основой для привода гарпунов космического зонда. Двигатель и редуктор в общей сложности имеют диаметр всего 16 мм и длину 61 мм. Сверхмалый зазор редуктора менее Г значительно повышает точность позиционирования. Благодаря компактным размерам удалось легко интегрировать этот вариант привода, а его низкое электропотребление также идеально подошло для данной области применения.

Как и в других используемых в зонде приводах, здесь также потребовалось согласование смазки с условиями в космосе. Масла и консистентные смазки теряют свою пригодность — они либо затвердевают на холоде, либо испаряются в вакууме. Решением этой проблемы становятся твердые смазочные материалы. Графит был отклонен, поскольку он имеет хорошие смазочные свойства только при возможности скопления газов (например, водяного пара или азота) между слоями графита. Эти газы отсутствуют в вакууме, поэтому вещество, действующее на Земле как твердая смазка, в космосе превращается в подобие мела. В связи с этим в космической экспедиции было решено использовать дисульфид молибдена (MoS2), который имеет слоистую структуру аналогично графиту. Он обеспечивает смазку в вакууме, при сверхнизких температурах в космосе и при температурах в несколько сотен градусов Цельсия. Данная твердая смазка была нанесена на поверхности специальных подшипников и стандартных шестерен.

Кроме того, потребовалась подготовка корпусов редукторов к работе в условиях открытого космоса. Температуры ниже -100°С и сочетание различных материалов могут приводить к нарушению функций прецизионных компонентов вследствие теплового расширения. По этой причине вместо стандартных корпусов из никелированной латуни для редукторов был выбран стальной корпус, имеющий аналогичное тепловое расширение со стальными шестернями. Производство стального корпуса удалось наладить на стандартном конвейере завода FAULHABER, чтобы таким образом гарантировать полную взаимозаменяемость. Благодаря простой технологии монтажа компонентов редуктора была обеспечена удобная сборка подготовленных к космическому полету изделий. Модифицированные стандартные приводы доказали свою пригодность для работы в космосе, также, как и во многих других экстремальных условиях эксплуатации, например, в вакууме электронных микроскопов или на производстве микросхем.

Более подробная информация о приводах FAULHABER приводится на Интернет-сайте www.faulhaber.com.

Информация о компании

FAULHABER Drive Systems
Компания FAULHABER Drive Systems предлагает наиболее широкий спектр инновационных миниатюрных приводов и микроприводов, которые можно приобрести по всему миру от одного производителя. Предприятие занимается разработкой и производством высококачественной стандартной продукции, а также предлагает индивидуальные комплексные решения в практически любых отраслях, где точность, надежность и компактность имеют решающее значение. В группе компаний FAULHABER по всему миру работают около 1400 сотрудников.

Рекомендуем почитать

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.