De missie is duidelijk, evenals elke individuele taak. Onnodig te zeggen, dat de aan de apparatuur gestelde eisen voor het gebruik op Mars zo streng zijn, dat deze met niets anders kunnen worden vergeleken. En als de missie voor 2020 volgens plan verloopt, zal de door ESA gebouwde Rover zodra hij is geland het oppervlak van Mars gaan onderzoeken op (vroegere) biologische activiteit. Hiervoor zijn niet alleen met een kernboor te nemen grondmonsters nodig, maar ook analyses met behulp van een uitgebreid wetenschappelijk pakket. Intussen blijft de ExoMars Trace Gas Orbiter in een baan om de planeet cirkelen, zodat de door de Rover verzamelde gegevens en meetresultaten hun weg naar de aarde kunnen vinden.
Betere beelden en bescherming tegen stof
Bij de omstandigheden op Mars moet elk apparaat ongeëvenaarde prestaties kunnen leveren. Om te beginnen werkt de Rover onder een atmosferische druk van 0,00636 bar, wat overeenkomt met een druk op aarde op een hoogte van 35 kilometer. Verder wordt deze planeet gekenmerkt door temperatuurschommelingen van bijna +20°C tot -120°C. Daarbij wordt verwacht dat het stof dat door de Rover wordt opgeworpen, een negatieve invloed op de operationele betrouwbaarheid van de uiterst nauwkeurige meet- en analyseapparatuur heeft. Dit is een van de redenen waarom de Panoramic Camera twee meter boven de grond op een mast wordt opgesteld. “Hiermee worden natuurlijk de lenzen beschermd, maar een ander voordeel is, dat bij een dergelijke verhoogde positie ook nog aanzienlijk betere panoramische opnames kunnen worden gemaakt,” zoals Jonathan Jones, mechanisch en thermisch ingenieur aan het Mullard Space Science Laboratory ten zuiden van Londen, uiteenzet.
Met de filters voor de groothoekcamera's heeft MSSL een systeem gecreëerd dat voor de geplande missie van 2020 op verschillende golflengtes opnames zal kunnen maken, voor afbeeldingen met variërende inhoud. "Het plan is om elke dag tien afbeeldingen naar de aarde te sturen," zegt Jones. Op het eerste gezicht lijkt dit misschien heel weinig, maar bij nadere beschouwing is dit als doelstelling behoorlijk ambitieus. Ten eerste moet de camera voor een enkele afbeelding drie foto's maken. Vervolgens worden deze naar de aarde gestuurd en op elkaar gepositioneerd om het feitelijke beeld te creëren. En dat bij de beperkingen van de lage data-bandbreedte die tussen de twee planeten voor radiocommunicatie mogelijk is, waarmee het simpelweg onmogelijk is om meer dan tien beelden per dag te kunnen verzenden.
Positiebepaling van de lensfilters door stappenmotoren
Met elf filters per wiel kunnen de Pancam-WAC's bij verschillende lichtomstandigheden een brede variëteit aan foto's maken. De filterwielen roteren voor de beide WAC's langs en dienen precies op de juiste plaats te worden gebracht voor het maken van scherpe afbeeldingen. Voor het aandrijven van het roterende filtersysteem maakt MSSL gebruik van twee stappenmotoren uit het FAULHABER PRECIstep- programma. Deze twee units hebben een reeks duurzaamheidstesten met vlag en wimpel doorstaan. Tijdens het ontwikkelingsproces van de Panoramic Camera, zijn de ingenieurs van MSSL op zoek geweest naar motoren die betrouwbaar zijn en bovendien nauwkeurig kunnen positioneren en extreem compact zijn. Voor deze hoge eisen waren stappenmotoren de natuurlijke keuze, omdat ze objecten met een resolutie van 1280 stappen per omwenteling kunnen positioneren zonder dat er een apart feedbacksysteem nodig is, verder zijn ze veel robuuster en eenvoudiger in gebruik dan conventionele servomotoren. Het focusmechanisme van de hoge-resolutiecamera wordt aangedreven door een FAULHABER PRECIstep-stappenmotor. Deze motor kan nauwkeurig een extern aangegeven veld volgen zonder dat tijdrovende en complexe aanpassingen nodig zijn. "Het is de perfecte oplossing voor optische toepassingen, aangezien de motoren in staat zijn de lenspositie te handhaven zonder stroomverbruik, door gebruik te maken van hun restkoppel. Bovendien zorgt de openlusregeling ervoor, dat trileffecten worden voorkomen zodat scherpe en heldere beelden mogelijk zijn”, volgens Sébastien Vaneberg, Sales Manager bij FAULHABER PRECIstep SA. Het Zwitserse bedrijf, dat deel uitmaakt van de FAULHABER Group, is gespecialiseerd in miniatuur-stappenmotoren. "Kortom, het is een eenvoudige en robuuste aandrijving met uitstekende capaciteiten, ideaal voor de zware omstandigheden die in de ruimte heersen."
Miniatuurmotoren met goedkeuring voor gebruik op Mars
De aandrijvingen in beide camera's van de Pancam hebben een diameter van slechts 10 millimeter. De stappenmotor telt 20 stappen per omwenteling en wordt gecombineerd met een precisie-tandwielkast van dezelfde diameter met een overbrenging van 64:1. Bovendien heeft FAULHABER nauw samengewerkt met MSSL om de techniek van de beide aandrijvingen verder aan te passen, zodat ze kunnen voldoen aan de vereiste specificaties voor gebruik op de oppervlakte van Mars. De resulterende veranderingen omvatten bijvoorbeeld een droog smeermiddel en aangepaste gesinterde lagers. “Eenvoudig gezegd moeten de motoren op Mars kunnen overleven,” volgens Jonathan Jones tijdens een korte samenvatting van de eisen waaraan de FAULHABERaandrijvingen moeten kunnen voldoen.
En om ervoor te zorgen dat er na het landen niets aan het toeval wordt overgelaten, worden op dit moment door het Mullard Space Science Laboratory de onderdelen van de Panoramic Camera getest in een speciale testomgeving. De testomstandigheden hiervan zijn nog zwaarder dan die op Mars zelf. De aandrijvingen voor positionering moeten 5000 positioneringscycli afmaken - natuurlijk bij temperaturen die wisselen tussen -130 en +50 graden Celsius. "De test is nog steeds aan de gang, maar de motoren laten zien waar ze vandaan komen,” verklaart Jonathan Jones opgetogen. Tijdens de ontwikkeling van de aandrijvingen was er niets op de markt wat ook maar enigszins in de buurt kwam van de kwaliteit die voor de FAULHABER-units nodig was. En dan hebben we het niet eens over het feit dat FAULHABER al een go-to-partner is voor de European SpaceAgency (ESA), die samen met het Russische Roscosmos ruimteagentschap verantwoordelijk is voor het realiseren van het lanceringsplatform van het ExoMars-project tegen het jaar 2020.
Producten