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Des moteurs de précision sur la planète rouge

  • aéronautique, corporate

Plus de 100 moteurs électriques de maxon ont été utilisés sur la planète rouge et ont résisté aux radiations cosmiques, aux tempêtes de poussière et aux fluctuations de température. Avec le rover Perseverance, les moteurs de précision volent à nouveau vers Mars. La clé du succès est la même qu'auparavant : des produits industriels standards

Des missions sur Mars sans système d'entraînement maxon ? Impensable ! Au cours des deux dernières décennies, ces moteurs à courant continu ont été utilisés dans pratiquement toutes les missions robotisées réussies. Plus de 100 d'entre eux sont déjà sur la planète rouge et ce nombre augmentera encore lorsque le rover Perseverance de la NASA commencera ses travaux en 2021. Les missions spatiales ne représentent cependant qu'une petite partie des projets de maxon. La plupart des moteurs DC et BLDC, des contrôleurs, des réducteurs et des codeurs fabriqués par la société suisse finissent dans des applications médicales, l'automatisation industrielle ou la robotique.

Alors pourquoi maxon est-il un fournisseur si important pour les projets spatiaux ? En bref, c'est en raison de la qualité élevée de ses produits standards. Tous les moteurs qui ont été utilisés sur Mars sont basés sur des produits issus du catalogue maxon, utilisés sur Terre dans toutes sortes d'applications différentes. Naturellement, des modifications doivent être apportées à ces produits pour qu'ils puissent résister aux conditions difficiles. Néanmoins, les conceptions de base sont les mêmes.

 

Vers l'inconnu avec 11 moteurs DC

En 1997, pour la première fois dans l'histoire, un véhicule a parcouru la surface de Mars, prenant des photos et étudiant le sol. Le Sojourner Rover de la NASA, avec six roues et pesant seulement 11 kilos, était à l'époque destiné à être une expérience relativement peu coûteuse.

Le choix a été fait d'utiliser autant des produits industriels standards que possible - tels que les 11 moteurs DC utilisés pour la propulsion, la direction et le fonctionnement des instruments scientifiques. Les entraînements de maxon, avec leur rotor sans fer et leur bobinage en forme de losange typique de maxon, étaient plus puissants et plus dynamiques que les moteurs à courant continu classiques. Les ingénieurs de maxon ont également modifié les balais et le lubrifiant. À l'époque, nous n'étions pas tous sûrs que ces modifications suffiraient à assurer le succès d'une mission sur Mars. Nous n'avions aucune expérience préalable pour nous aider et les défis étaient de taille. Les moteurs devaient survivre : aux fortes vibrations lors du lancement de la fusée, au vide et au rayonnement cosmique pendant le voyage, à un atterrissage dur sur Mars, aux tempêtes de poussière et aux fluctuations de température de -120 à +25°C. Cependant, la mission a été un succès, et maxon est devenumondialement connu.

Sojourner, le premier rover sur Mars, s'est posé le 4 juillet 1997. Durée de la mission : trois mois. maxon a fourni onze moteurs à courant continu d'un diamètre de 16 millimètres pour les entraînements, la direction et les instruments scientifiques.

 

L'envie d'entreprendre de nouvelles missions d'exploration sur la planète rouge s'est accrue parmi les agences spatiales. Elles cherchaient des réponses à de grandes questions, telles que Y a-t-il de l'eau ou de la glace sur Mars ? La vie y existe-t-elle ou pourrait-elle au moins y avoir existé auparavant ? Et pourquoi les planètes voisines, la Terre et Mars, se sont-elles développées de manière si différente ?

 

Un duo qui dépasse toutes les attentes

Après le succès de Sojourner, la NASA a décidé d'envoyer deux autres robots de recherche scientifique dans l'espace en même temps : les rovers jumeaux Opportunity et Spirit. Ils étaient d'une classe totalement différente de Sojourner, chacun pesant 185 kilos et équipés d'instruments capables de brosser le sol et de forer dans la roche martienne. En janvier 2004, les véhicules se sont posés séparés les uns des autres sur la planète et ont commencé leur mission, qui devait durer au moins trois mois. Spirit a finalement fonctionné pendant six ans avant de s'enliser dans le sable. Son jumeau Opportunity a tenu 15 ans, pendant lesquels il a parcouru plus de 45 kilomètres. Pour les scientifiques impliqués, cette mission était un rêve devenu réalité : avec l'aide des rovers, ils ont pu démontrer que l'eau liquide devait avoir existé autrefois sur la planète rouge - une condition préalable à la vie.

maxon a apporté une contribution importante : 35 moteurs DC à balais de 20 ou 25 millimètres de diamètre ont été utilisés dans chacun des véhicules, responsables de la propulsion, du contrôle et du bras robotique. Huit autres moteurs électriques ont été utilisés dans l'unité d'atterrissage des rovers.

Des moteurs similaires ont été utilisés à nouveau en 2008 lorsque la NASA a envoyé sa prochaine mission sur la planète rouge avec la sonde Phoenix à l'état stationnaire. Elle a cherché de l'eau gelée et l'a finalement trouvée dans un échantillon de sol qui a été chauffé pour être analysé. Les moteurs de maxon ont aligné les panneaux solaires de la sonde et ont déplacé son bras robotique.

Les rovers jumeaux Spirit et Opportunity se sont posés sur Mars en janvier 2004. Les deux rovers étaient équipés de 35 moteurs maxon. Des moteurs similaires ont été utilisés dans la sonde stationnaire Phoenix qui s'est posée sur la planète le 25 mai 2008. maxon a fourni neuf moteurs à courant continu brossé RE 25 avec des roulements à billes spécialement conçus, pour l'alignement des panneaux solaires et pour le bras robotique.

 

 

Un marteau motorisé à travers le sol martien

De nombreux développements techniques ont eu lieu depuis lors. Aujourd'hui, il y a deux autres robots sur Mars : le premier est le Curiosity Rover, qui, par sa taille et ses instruments de mesure, éclipse toutes les missions précédentes. Ce véhicule est utilisé depuis 2012, pèse près d'une tonne et est équipé de dix instruments. Dans ce projet, la contribution de maxon est petite, mais cruciale. La société a fourni les encodeurs MR nécessaires au contrôle des moteurs.

Fin 2018, la nouvelle sonde stationnaire, InSight, s'est posée sur Mars. Pour prolonger ses panneaux solaires, les ingénieurs de la NASA ont utilisé les moteurs RE 25 qui ont fait leurs preuves et qui étaient auparavant installés dans les deux rovers Spirit et Opportunity. Entre-temps, un nouveau moteur DCX brossé a été déployé pour la première fois, afin de marteler une sonde de température (appelée "taupe") à plusieurs mètres dans le sol martien.

 

 
 
 
Curiosity s'est posé sur Mars en août 2012 et a surpassé ses prédécesseurs dans bien d'autres domaines que celui de la technologie. Curiosity est aussi grand qu'une petite voiture, pèse 900 kg et est alimenté par un générateur thermoélectrique à radio-isotopes. maxon l'a équipé avec des encodeurs précis qui ont été montés sur les axes d'entraînement.

 

 

 

 
 
 
 
La sonde stationnaire InSight a atterri sur la planète rouge à la fin de l'année 2018. Des moteurs RE 25 ont été déployés pour prolonger les panneaux solaires. En outre, un moteur à courant continu de type DCX 22 est utilisé pour enfoncer la sonde de température (la taupe) jusqu'à 5 mètres dans le sol.

 

 

 

 

La prochaine aventure nous attend

L'équipe de maxon regarde à nouveau avec enthousiasme vers Mars : en 2020, la NASA envoie le rover Perseverance, qui, elle l'espère, aidera à découvrir des traces de vie antérieure. Sa tâche la plus importante consiste à prélever de multiples échantillons de sol, à les sceller dans des conteneurs et à les déposer à la surface de Mars afin qu'une future mission puisse les ramener sur Terre. Plusieurs moteurs BLDC maxon sont utilisés pour manipuler les échantillons à l'intérieur du rover. Certains sont installés dans le bras robotique qui déplacera les échantillons de station en station. Les moteurs maxon seront également utilisés pour sceller et déposer les conteneurs d'échantillons.

Ces entraînements sont basés sur des produits standard du catalogue de maxon - neuf moteurs EC 32 plats et un EC 20 plat en combinaison avec un réducteur planétaire GP 22 UP. Les ingénieurs de maxon ont modifié et testé les entraînements de manière approfondie pendant de nombreuses années, en collaboration avec les spécialistes du Jet Propulsion Laboratory (JPL), qui s'occupe de toutes les missions sans pilote pour la NASA.

Le rover Perseverance devrait arriver sur Mars en février 2021. Il emporte avec lui dix moteurs DC sans balais : neuf EC 32 plats (ci-dessus) et un EC 20 plat en combinaison avec un réducteur planétaire GP 22 UP.

 

Voler haut

Le rover Perseverance se posera sur Mars le 18 février 2021 - mais il ne sera pas seul. Il emportera avec lui le drone hélicoptère, Ingenuity. Le drone pèse 1,8 kilogramme, est alimenté par l'énergie solaire et est conçu pour prendre des photos aériennes lors de courts vols. Cette expérience permettra avant tout de tester le concept pour d'autres drones de ce type. Il n'est pas surprenant de constater que maxon est également impliqué dans ce dispositif. Six moteurs DCX à balais d'un diamètre de 10 millimètres contrôlent l'inclinaison des pales du rotor, qui détermine la direction du vol. Si l'hélicoptère décolle, maxon fera à nouveau partie d'une grande réussite technique sur Mars - 24 ans après Sojourner.

L'hélicoptère martien est également équipé de moteurs maxon. Six moteurs à courant continu (DCX) sont responsables de l'inclinaison des pales du rotor.

 

maxon - une petite contribution à une révolution spatiale

Aujourd'hui, maxon peut à juste titre prétendre être un fournisseur important pour les projets spatiaux. Les systèmes d'entraînement de la société suisse se trouvent dans les satellites, servent à réguler les moteurs de fusée et sont installés sur la Station spatiale internationale (ISS). Ce succès n'est pas le fruit du hasard. Les ingénieurs de maxon ont beaucoup appris au fil des ans - notamment grâce à leur étroite collaboration avec les clients, en particulier le Jet Propulsion Laboratory (JPL), qui s'occupe de toutes les missions sans pilote pour la NASA. En conséquence, les normes de qualité ont été progressivement relevées et de nouvelles procédures et processus d'essai ont été mis au point.

maxon dispose maintenant d'une équipe spécialisée qui s'occupe de tous les projets spatiaux : toutefois, leur approche fondamentale pour aborder toutes sortes d'applications différentes est la même que depuis toujours. Le produit standard du catalogue est modifié et testé jusqu'à ce qu'il remplisse complètement toutes les exigences. Cette approche joue un rôle important dans la révolution actuelle des missions spatiales. Les produits spécialisés à prix élevé sont de plus en plus souvent remplacés par des produits industriels modifiés. Il en résulte une réduction des coûts des projets, ce qui, à son tour, ouvre l'accès au domaine spatial à un plus grand nombre de participants. maxon sera en mesure de développer de nombreuses autres applications passionnantes pour ce "nouvel espace" dans les années à venir.

 

Décollage du rover européen en 2022

Plus de 50 systèmes d'entraînement de maxon sont installés dans le rover ExoMars que l'Agence spatiale européenne (ESA) envoie sur Mars. Le rover, nommé "Rosalind Franklin", devait initialement être lancé en 2018, mais la mission a été reportée à 2020 et est maintenant prévue pour l'année 2022. De nombreuses combinaisons différentes de systèmes d'entraînement comprenant des moteurs DC, des réducteurs et des encodeurs sont nécessaires pour déplacer et contrôler le rover, entraîner sa foreuse et déplacer ses panneaux solaires, sa tête de caméra, et bien plus encore.

Le rover ExoMars, qui doit se rendre sur Mars en 2022, contient 17 configurations différentes de moteurs à courant continu avec ou sans balais, en combinaison avec des réducteurs, des freins et des encodeurs.

 

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