宇宙交會 - 全新對接系統

歐洲太空總署 (ESA) 正在研發一套全新系統,目標是讓兩艘太空船能更容易對接。maxon 為此專門開發了兩組特殊驅動系統。

即使在此之前已進行過無數次,但在太空中兩個物體對接的操作始終是棘手且具危險性的過程。 原因之一是速度非常高(以國際太空站來說大約 28,000 km/h),要修正位置非常困難。 例如,當兩個物體即將交會時,就不能再使用機動推進器,因為所形成的排氣羽流可能會造成損壞。 為了避免發生損壞,載貨太空船會由一支安裝在國際太空站 (ISS) 上的機械手臂固定住,然後以手動操控來靠泊。 而另一方面,載人太空船則透過電腦控制直接對接。

在未來,這類的對接操作將變得更容易且安全,歐洲太空總署 (ESA) 已委託其工業合作夥伴設計一套全新對接系統,名為 IBDM(國際靠泊和對接機構)。 這套系統符合國際對接系統標準 (IDSS),也就是全球各主要航空局一致認可的標準。 因此,這套系統也將適用於 ISS 和大多數太空船。 這個機構的首次任務將由逐夢者號 (Dream Chaser)執行 ,這架由內華達山脈公司 (Sierra Nevada Corporation) 所開發的太空飛機看起來像一架迷你版太空梭,不久之後將開始為 ISS 太空站補給物資。

吸收對接能源

IBDM 是一套無陰陽對接系統, 意思就是兩端接頭完全相同。 由一個具有六個自由度並具有測力感應器的硬內環(硬捕獲系統)和軟外環(軟捕獲系統)所組成。 首先會由外環吸收對接時產生的能量, 然後建立氣密連接,並由機械鈎將兩架太空船緊緊固定在一起。

SENER 公司負責開發和安裝硬捕獲系統。 這家公司目前正在研發合格模型,預定在 2020 年進行測試。「之後就必須將 IBDM 儘快用於 ISS 的補給工作」,SENER 公司員工 Gabriel Ybarra 表示。 下一步就是用於美國太空總署的月球太空站上,計劃將進入月球周圍軌道,作為未來載人火星任務的發射地點。

雙系統達成最高安全性

對 SENER 的工程師來說,這個計劃非常有挑戰性: 「首先,我們必須完全瞭解歐洲和美國太空總署所訂立的所有標準,然後找出達到這些要求的方法。 尤其在安全性這方面,因為對接機構也需要處理載人飛行器。」此外,所採用的馬達除了重量輕且提供所需的扭力外,還必須極度可靠。 也因此,SENER 與驅動專家 maxon 至今已合作多年。

maxon 的工程師為 SENER 開發了兩款可以執行多種不同功能的馬達。 第一款馬達是由兩顆無刷 EC-4pole 馬達和 GPX UP 減速機組成。 12 顆馬達為 IBDM 對接機構中的對接鈎提供動力。 第二組馬達則結合了一顆盤式馬達和一顆行星式減速機,用在 11 個不同位置,負責處理插入式連接、固定孔以及其他輔助功能。

由於 IBDM 對接機構是一項飛航重要應用,因此需要備用驅動系統。即使主驅動器失靈的情況下,這組備用裝置也能發揮作用。 通常是使用一顆能夠在緊急情況下接手的備用馬達,用於驅動對接鈎。 然而,maxon 的工程師們為其他驅動系統找到了另一個有別於傳統的創新解決方案: 採用一個額外的定子取代一顆額外的馬達。 因此,盤式馬達有兩個定子和兩個線圈,分別能夠獨立驅動轉子,這種獨創的解決方案在確保安全性的同時也節省了空間。

Gabriel Ybarra 對與 maxon 的合作非常滿意: 「這個團隊瞭解我們的需求,而且能夠非常迅速地修改設計。」此外,雙方都對機電系統具有極大的熱忱。 「能夠參與整個設計、生產和測試的週期,感覺真的很好也非常有趣。 當系統首次運行時,就像看著你的孩子邁出人生的第一步。」

 © maxon motor ag

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