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揭秘 | 2020最新火星探测任务

供稿:福尔哈贝传动技术(太仓)有限公司 2017/12/28 11:01:12
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太阳系中最有可能存在生命的星球就是火星,为了探测火星,各国纷纷向火星发射火星车,虽然这些火星车获取了大量资料,但仍无法解开“火星是否有生命存在”的疑云。尽管如此,人类对火星的探测从未停止。

最新的火星探测任务

新的火星探测任务将于2020年付诸实践。ExoMars火星车由欧洲空间局和俄罗斯航天局合作开发,将搭载俄罗斯质子火箭发射。该计划将为火星车配备九个测量仪器,其中一个测量仪器安装在火星车两米高的桅杆上。

此外,用于拍摄火星立体影像的“全景摄影系统”由穆勒太空科学实验室(MSSL-UCL)、OHB慕尼黑公司、德国宇航中心DLR柏林和TAS-CH(苏黎世)联合开发。配有两个旋转滤镜轮的PanCam系统安装在广角相机(WAC;由苏黎世的Thale Alenia制造)的前面,用于拍摄全景三维图像,而景观、地质结构和土壤样品等细节图像则由OHB/DLR制造的HRC高分辨率摄像机来拍摄。通过FAULHABER提供的三个步进电机, 可以驱动滤光片更换系统的旋转轴以及高分辨率摄像头的对焦系统.

本次的探测器任务和每个电机的任务都非常明确。毋庸置疑,打算在火星上使用的设备也必须满足无比严苛的条件。如果2020任务按计划进行的话,欧洲航天局开发的这款火星车一旦着陆就会开始搜索火星表面过去和现在的生物活动。这不仅需要使用岩芯钻机来获取土壤样品,还需要使用广泛地科学数据包进行分析。同时,ExoMars微量气体轨道器将留在轨道上,以帮助火星车与地球通信,并确保其收集的数据和测量结果带回地球。

改进图像 还可防尘

火星环境要求设备的每个部件都能提供无与伦比的性能。在启动阶段,火星车将在0.00636巴的大气压下工作,这相当于地球上35公里高度的压力。此外,火星的温度范围为+20°C到-120°C,探测车掀起的尘埃也会对高精度测量和分析仪器的可靠性产生负面影响,这也是全景相机悬挂在两米高桅杆上的原因。位于伦敦南部的Mullard穆勒太空科学实验室的机械和热设计工程师Jonathan Jones解释道:“这样做当然可以保护镜头,但悬挂于这种较高的位置还有一个重要优势,那就是我们能获得更佳的全景图像。

适用于恶劣的太空环境

MSSL穆勒太空科学实验室通过广角相机前的滤镜创建了一个系统,可在2020任务期间以不同的波长拍摄照片。Jones说:“计划是每天向地球发送十张图片。”这也许听起来没什么,但细想其实是个非常宏大的目标。首先,摄像头要为一张图像生成三张照片,然后将这些图片发送到地球并叠加创建实际的图像。而且两个星球之间的无线电通信的数据带宽低,这会带来一定的局限性,使得每天的图像不可能超过十张。

可定位滤镜的步进电机

每个滤光轮有11个滤光片,Pancam 广角相机可在各种光线条件下拍摄各种照片。这些滤光轮在两个广角相机前旋转,且必须准确定位以获得清晰的图像。为了驱动旋转式滤镜系统,MSSL穆勒太空科学实验室使用了FAULHABER PRECI-step公司推出的步进电机,目前已顺利通过耐力测试。

在全景摄像系统的开发过程中,MSSL穆勒太空科学实验室工程师一直在寻找既能提供可靠和精确定位性能,同时结构又非常紧凑的电机。FAULHABER步进电机满足了这些要求,因为它们不仅能以1280步/转的定位精度精确定位目标物,同时不需要单独的反馈系统,还比传统伺服电机更坚固,控制更简单。高分辨率相机的变焦装置用的也是FAULHABER PRECIstep的步进电机。

它能精确地适用于外部应用,无需耗费时间,也无需进行复杂的调整。“这是光学应用完美的解决方案,因为即使没有电流,这些电机也能定位镜头,这得益于其残余扭矩。此外,开环控制可以消除抖动效应,从而获得非常锐利清晰的图像。”FAULHABER PRECIstep SA销售经理Sébastien Vane-berg解释道。这家瑞士公司隶属于FAULHABER集团,专注于微型步进电机。“简而言之,它是一款简单而强大的电机,具有出色的性能,非常适用于恶劣的太空环境。”

已获准用于火星的微型电机

PanCam每个相机中的电机直径只有10毫米。步进电机每圈计数20步,并与齿轮比为64:1,且直径相同的精密齿轮头相结合。此外,FAULHABER还与MSSL穆勒太空科学实验室密切合作对两个电机进行进一步的定制工程设计,以满足其在火星表面使用的规格要求。这一合作所带来的变化包括干燥润滑剂和定制烧结轴承等。“简而言之,电机需要在火星上生存并运行”,Jonathan Jones在总结FAULHABER电机需要满足哪些要求时说道。

为了确保着陆后万无一失,Mullard穆勒太空科学实验室目前正在测试环境中对全景摄像机中的组件进行测试。其测试条件甚至比火星上更严苛。定位驱动必须在-130℃到50℃之间完成5,000个定位周期。Jonathan Jones说:“测试仍在进行中,不过该电机确实名不虚传。在电机开发过程中,我们发现市场上其他产品都与FAULHABER的产品相去甚远,而且FAULHABER已成为欧洲空间局(ESA)的合作伙伴。 欧洲空间局与俄罗斯联邦航天局共同负责2020年ExoMars火星车项目的发射任务。

审核编辑(袁键灏)
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