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步进电机 航空航天 InSight SEIS sodern header

地震是行星表面下质量运动的一个确定标志。实际上,这种认识在自然科学领域是最近才出现的。大约100年前,德国地质学家Alfred Wegener提出了板块构造理论——这个理论最初被其同事嘲笑。今天,我们对大陆板块的了解,即这些板块在熔化的地幔上漂浮和移动,已经成为学校教授的平常课程。深裂谷和高山脊:大陆板块的运动改变了地质构造。众所周知,这发生在地球上。但是在我们的星球邻居火星上呢?

比任何其他设备都更加灵敏

德国的上莱茵河平原绵延约400公里。火星上的水手号峡谷有它的十倍长,有些地方有七公里深。我们邻近星球上的峡谷是否也是由于地壳板块移动而形成的?并 且:这个过程很久以前就结束了,还是今天仍在继续? 这些问题可以通过测量地震波来回答。火星上有地震活 动吗?美国宇航局的“洞察力”任务于2018年5月5日启动,应该能为这个问题和其他问题提供答案。着陆器将于11月底在火星上着陆,并使用其机械手将地震仪放置在行星表面。被称为SEIS的测量仪器是如此灵敏,以至于它可以检测相当于单个氢原子直径的地下位移。美国宇航局将这种仪器称为“有史以来最灵敏的地震仪”。

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© Sodern ArianeGroup 2018
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补偿材料膨胀

其中,灵敏度和测量精度是弹簧机构热平衡的结果。这种平衡是必要的,因为红色星球上的不同季节会引起温度的大幅波动。地球上的情况同样适用于火星:不同的温度会导致材料收缩和膨胀,并对其强度产生影响 —— 这一点在弹簧机构中尤为明显。FAULHABER的三种AM 0820步进电机安装在SEIS的真空室内,以抵消这些温度变化。直径仅为8毫米的电机与FAULHABER的08/1系列 行星齿轮减速箱相结合。齿轮减速箱采用不锈钢外壳, 配有特殊轴和特殊涂层滚珠轴承,可用于火星上。

地震仪主要由法国阿丽亚娜集团的子公司Sodern 建造。在评估驱动技术时,Sodern寻求最佳的技术设备。“这需要艰苦的研究,”新闻发言人Rémy Lambertin 回忆道。毕竟,他的公司将要“制造我们曾经送到火星上的最小的仪器之一。”而仪器越小,它就越脆 弱。因此,在坚固性、耐用性和操作可靠性等方面,标准被设置得非常高。

与法国FAULHABER子公司联合设计的步进电机驱动解决方案预计将在两年内执行至少160个校正循环。然而,在地球上进行的耐久测试旨在模拟六年——并且是 在-120到+70摄氏度的热工作温度范围内。FAULHABER 步进电机已经在如此苛刻的环境条件下成功地用于其他美国宇航局和欧洲航天局的火星任务。

润滑良好——真正的挑战

根据Rémy Lambertin的说法, 地震仪的使用面临的最大挑战之一是确保驱动技术得到有效润滑。一种特殊的润滑剂是必要的,因为火星表面的平均压力只有6.36 hPa。在地球上,这大致相当于海拔3 5 千米的气压。电机滚珠轴承和齿轮减速箱滑动部件的可靠润滑由Dicronite提供,这是SEIS能在火星表面零间隙调整和具备卓越耐用性的关键因素之 一。

SEIS——内部结构地震实验——主要由两个三轴地震传感器组成,它们检测不同强度和频率的地面运动。一 个传感器测量0.01至10赫兹的频率,另一个传感器测量 0.1至50赫兹的频率。SEIS由测量风力、气压、温度和磁场的仪器支持。这些测量的目的是找出振动是真的源于地震,还是仅仅是火星表面破坏性因素的结果。总之, 该仪器能够探测到使红色星球的地面移动量小于一个氢原子厚度的振动。这种精度等级之所以可行,是因为使用FAULHABER步进电机电驱动的定位系统执行了精细的调平过程。顺便提一下,该系统是在德国哥廷根的马克 斯普朗克太阳系研究所开发的。

无间隙微驱动

11月着陆后,驱动轴将以小于0.1度的定位精度工作。六个FAULHABER驱动轴的零间隙确保了一致的高重复性行程——而且它净重不到20克。这项巨大的技术努力是必要的,因为SEIS独自在火星上。相比之下,地球上的地震仪通常是网络的一部分,这在根本上提高了测量精度。考虑到这一点,红色星球上的高灵敏度地震仪被装在一个隔热的真空箱中,旨在防止破坏性的环境因素。

产品

步进电机
AM0820
两相,20 步旋转一圈
数据表
主要参数
保持转矩(峰值相电流):
1 mNm
步进角(整步):
18 °
直径:
8 mm
长度:
13.8 mm
系列 AM0820
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