Mars ve 3D
Chystanou misí na Mars pro rok 2020 je mobilní robot vyvinutý společně kosmickými agenturami: evropskou ESA a ruskou Roskosmos. Plošinu ze které vyjede po přistání šestikolové vozítko vyveze na Mars ruská obří raketa Proton.
Jeden ze snímacích přístrojů nazývaný PanCam bude unikátní zařízení umístěné na dvoumetrovém stožáru, jde v podstatě o „oči roveru“, skládající se ze tří kamer. Stereoskopické snímky planety budou mít na starosti dvě panoramatické širokoúhlé kamery (Wide Angle Camera - WAC), které budou pořizovat trojrozměrné snímky okolní krajiny. Mezi nimi je umístěna kamera s vysokým rozlišením (High Resolution Camera - HRC) poskytující detailní obrazy okolí, geologických struktur a vzorků půdy. O to, aby systém PanCam bezchybně fungoval a marsovská sonda se mohla rozhlížet kolem sebe, se starají tři krokové motory od firmy Faulhaber, které pohánějí rotační osu výměny filtrů panoramatických kamer a zaostřovací mechanismus kamery s vysokým rozlišením.
Kvalitní přenos snímků přes obtížné podmínky na Marsu
Není potřeba dodávat, že požadavky na vybavení plánované pro použití na Marsu jsou tak přísné, že se s nimi nedá srovnávat prakticky nic, co běžně používáme v normálním pozemském životě. A pokud půjde mise pro rok 2020 podle plánu, vozítko začne hned po přistání hledat na povrchu rudé planety minulou nebo současnou biologickou aktivitu. To bude vyžadovat nejen získání vzorků půdy jádrovým vrtákem až z dvou metrové hloubky, ale také provádění analýz pomocí rozsáhlého komplexu vědeckého vybavení. Na oběžné dráze planety je již dnes připravena družice ExoMars Trace Gas Orbiter, aby pomohla roveru zajistit spojení se Zemí. Družice také zajistí, že data a výsledky měření, které sonda nashromáždí, se dostanou v pořádku na Zem pro vědecké analýzy.
Podmínky vnějšího prostředí na Marsu vyžadují, aby každý jednotlivý přístroj podával špičkový výkon. Pro lepší představu: Rover bude pracovat při atmosférickém tlaku 0,00636 barů, což odpovídá v pozemských podmínkách tlaku zjištěnému v nadmořské výšce 35 km. A to samozřejmě není jediný problém, s nímž se sonda a její systémy musí umět vypořádat. Pro Mars jsou rovněž typické extrémní teplotní výkyvy, které se pohybují z teplot těsně pod +20 °C až po neskutečně mrazivých 120 °C.
Kromě toho se očekává, že prach atmosféry Marsu, bude mít negativní vliv na provozní spolehlivost vysoce přesných měřicích a analytických přístrojů. To je také jeden z důvodů, proč bude PanCam umístěn na stožáru dva metry nad robotem. „Nejen že bude díky vyvýšené poloze chránit čočky kamer, ale kamera bude mít lepší rozhled a bude možné získat výrazně lepší panoramatické snímky," vysvětluje Jonathan Jones, mechanický a tepelný inženýr londýnské Mullard Space Science Laboratory (MSSL), jednoho z vědeckých středisek zapojených do projektu.
S pomocí filtrů osazených před širokoúhlými kamerami vytvořili vědci z britské laboratoře MSSL systém, který bude v průběhu mise naplánované na rok 2020 schopen pořizovat snímky s různými vlnovými délkami a používat je k vytváření snímků v různých spektrálních pásmech. „Plán je odeslat na Zemi každý den deset záběrů," říká Jonathan Jones. To samozřejmě může zpočátku vypadat jako nic, ale bližší pohled odhalí, že to je vlastně docela ambiciózní cíl. Nejdříve fotoaparát vygeneruje tři snímky pro jeden záběr. Ty jsou pak odeslány na Zemi a navrstveny na sebe, aby vytvořily finální barevný obraz.
Pro radiokomunikaci mezi oběma planetami však existuje omezená šířka datových pásem, která jsou k dispozici. To znemožňuje odesílat za den více než deset záběrů.
Krokové motory v PanCam
Během procesu vývoje hledali inženýři MSSL pro dvě panoramatické kamery motory, které by nejen zajistily spolehlivost a přesnost polohování, ale byly i při konstrukční robustnosti velmi malé. Vzhledem k těmto požadavkům byly krokové motory Faulhaber PRECIstep přirozenou volbou. Dokážou polohovat s přesností 1280 kroků na otáčku bez potřeby samostatného zpětnovazebního systému, a jsou také jednodušší pro ovládání než běžné servomotory.
Tyto vynikající vlastnosti byly rovněž důvodem pro vybrání krokového motoru Faulhaber PRECIstep pro zaostřování kamery s vysokým rozlišením.
„Je to dokonalé řešení pro optické aplikace, protože motory dokáží udržet polohu objektivu i bez proudu, díky zbytkovému točivému momentu. Navíc ovládání v otevřené smyčce umožňuje zbavit se chvění a získat tak ostré snímky. Stručně řečeno, jde o jednoduchý a robustní pohon s vynikajícími schopnostmi, ideální pro drsné podmínky vesmíru." vysvětluje Sébastien Vaneberg, obchodní ředitel Faulhaber PRECIstep SA, švýcarské firmy, která je součástí skupiny Faulhaber a specializuje se na miniaturní krokové motory.
Aby se zajistilo, že po přistání nebude nic ponecháno náhodě, testuje laboratoř Mullard Space Science Laboratory komponenty ve fotoaparátu Panorama ve zkušebním prostředí, kde jsou podmínky tvrdší než ty, kterým bude zařízení vystaveno na Marsu, aby byly dokonale prověřeny jeho skutečné schopnosti a provozní spolehlivost. V praxi to znamená např., že polohovací pohony musí dokončit 5000 polohovacích cyklů při teplotách oscilujících mezi -130 °C a +50 °C.
Během vývoje pohonů nebylo na trhu nic jiného, co by se mohlo přiblížit k jednotkám Faulhaber, nemluvě o faktu, že firma je již osvědčeným partnerem evropské vesmírné agentury (ESA). Ta společně s ruskou kosmickou agenturou Roskosmos zodpovídá za část projektu ExoMars plánovanou na rok 2020.
352
