Avaruusaluksen laskuteline
Lue, kuinka Lesjöforsin erikoisvalmistajien verkostoon kuuluva John Evans’ Sons suunnitteli vakiovoimajouset Mars 2020 -lennon Perseverance-mönkijään.
Avaruusaluksen laskutelineen hallittu käyttöönotto
California Institute of Technologyn alaisuudessa toimiva NASA:n Jet Propulsion Laboratory (JPL) otti yhteyttä Lesjöforsin verkostoon saadakseen tarkkuusjousikomponentteja Mars 2020 -lennon Perseverance-mönkijään.
Jousien oli kestettävä laukaisu, matka syvässä avaruudessa ja olosuhteet toisen planeetan pinnalla. Lesjöforsin erikoistunut sisaryhtiö John Evans’ Sons toimitti vuonna 2012 vakiovoimajouset NASA:n Curiosity-mönkijän jousitusjärjestelmään. Kun JPL alkoi suunnitella Mars 2020 -lentoa, se palasi luotettavaksi osoittautuneen toimittajaverkoston puoleen, sillä komponentit olivat toimineet Marsin pinnalla täsmälleen suunnitellusti.
Näin Lesjöforsin verkosto tuottaa poikkeuksellisia teknisiä ratkaisuja ilmailu- ja avaruusteollisuuteen
Lesjöfors on maailmanlaajuinen erikoistuneiden jousi- ja puristustuotevalmistajien verkosto. Jokaisella valmistajalla on syvällistä oman tuotealueensa asiantuntemusta, mistä on erityistä hyötyä asiakkaille, joilla on vaativia tarpeita.
Perseverance-lennolla Lesjöforsin verkoston asiantuntijana toimi John Evans’ Sons, Pennsylvaniassa sijaitseva lattajousivalmistajamme, jolla on yksi maailman edistyneimmistä vakiovoimajousiosastoista.
Projektista kehittyi 22 kuukautta kestänyt suunnittelukumppanuus – yhteistyö, joka vei komponenttimme Marsin pinnalle.
Avaruusalusten laskutelineiden tekniset haasteet
Jousien suunnittelu NASA:n Mars 2020 -lennon Perseverance-mönkijään eroaa olennaisesti vaativimmistakin maanpäällisistä ilmailu- ja avaruussovelluksista. Komponenttien on toimittava moitteettomasti koko käyttöjakson ajan. Jakso alkaa sillä hetkellä, kun raketti irtoaa laukaisualustasta, ja voi jatkua Marsin pinnalla vuosikymmeniä.
Lämpötila: äärimmäiset lämpötilavaihtelut
Marsin pintalämpötila vaihtelee napojen −220 °F:sta päiväntasaajan lähellä mitattavaan +70 °F:iin. Jousituskomponenttien on säilytettävä mittapysyvyytensä ja tasainen mekaaninen suorituskykynsä lähes 265 °F:n lämpötilaerossa ilman mahdollisuutta uudelleenvoiteluun tai säätämiseen. Materiaalin valinta ja lämpökäsittelyvaatimukset ovat ratkaisevan tärkeitä alusta alkaen.
Tärinä: laukaisukuormitus ja iskunvaimennus
Atlas V -raketilla tapahtuva laukaisu altistaa mönkijän pitkäkestoiselle tärinäkuormitukselle laajalla taajuusalueella. Jousien on vaimennettava ja välitettävä nämä voimat ilman väsymismurtumaa tai pysyvää muodonmuutosta. Tämä edellyttää sekä tarkkaa geometriaa että perusteellista ymmärrystä valitun materiaalin käyttäytymisestä syklisessä kuormituksessa.
Tyhjiö: lähes täydellinen tyhjiö matkan aikana
Seitsemän kuukautta kestävän Mars-matkan aikana mönkijä toimii syvän avaruuden tyhjiössä. Materiaalien kaasun vapautuminen, voiteluaineiden siirtyminen ja lämpölaajenemiskertoimien erot ovat kaikki merkittäviä teknisiä kysymyksiä. Kokoonpanon jokaisen materiaalin soveltuvuus tyhjiöön on arvioitava.
Maasto: ennakoimattomat olosuhteet laskeutumispaikalla
Marsin Jezero-kraatterissa on rikkonaisia kallioalueita, hienojakoista regoliittia ja huomattavia korkeuseroja. Perseverancen rocker-bogie-jousituksen on pidettävä kaikki pyörät jatkuvasti tasaisesti kosketuksissa maanpintaan. Tämä edellyttää jousivoimaprofiilia, joka säilyy ennakoitavana ja lineaarisena mönkijän koko liikealueella.
Nämä rajoitteet vaikuttavat toisiinsa. Lämpöominaisuuksiltaan soveltuva materiaali voi käyttäytyä tyhjiössä arvaamattomasti. Laukaisun kestävyyttä varten optimoitu geometria voi aiheuttaa epälineaarisen voiman, joka häiritsee maastossa liikkumista. Lesjöforsin verkoston tehtävänä oli ratkaista kaikki neljä haastetta samanaikaisesti ilman mahdollisuutta tehdä säätöjä käyttöpaikalla.
Materiaalin valinta ääriolosuhteisiin: Lesjöforsin erikoisosaamista
Ennen ensimmäisenkään jousen kelaamista on valittava oikea materiaali. Lennon aikana komponentteja ei voida vaihtaa, joten materiaalin valinta on yksi merkittävimmistä teknisistä päätöksistä.
Marsin kaasukehässä toimivien vakiovoimajousien materiaalin on täytettävä samanaikaisesti useita keskenään kilpailevia vaatimuksia:
- Riittävä myötölujuus ja väsymiskestävyys laukaisutärinän ja toistuvien käyttöönottosyklien kestämiseksi
- Mittapysyvyys yli 265 °F:n käyttölämpötila-alueella
- Tyhjiöyhteensopivuus ilman kaasun vapautumista tai voiteluaineiden siirtymistä, joka voisi saastuttaa herkkiä laitteita
- Tasainen kimmokerroin koko käyttölämpötila-alueella, jotta tuotettu voima säilyy ennakoitavana
Tarkasti määritelty ja täysin jäljitettävä, korkealaatuinen ruostumaton teräsnauha täytti nämä Perseverancen vaatimukset.
Vakiovoimajousien suunnittelu NASA:n Mars 2020 -lennon Perseverance-mönkijään
Vakiovoimajousi on esijännitetty nauha tasaista jousimateriaalia, joka tarkkuuskelataan tiukaksi rullaksi. Toisin kuin perinteinen kierteinen puristus- tai vetojousi, joka tuottaa taipumaan verrannollisen voiman Hooken lain mukaisesti, vakiovoimajousi tuottaa lähes tasaisen kuormituksen koko ulosvetomatkallaan. Tämä on kuusipyöräisen planeettamönkijän perusvaatimus.
Perseverancen rocker-bogie-jousitus perustuu samaan Curiositylla validoituun kinemaattiseen rakenteeseen. Se on suunniteltu pitämään kaikki kuusi pyörää yhtä aikaa kosketuksissa maanpintaan, kun mönkijä ylittää korkeintaan pyörän oman halkaisijan kokoisia esteitä. Järjestelmä toimii täysin passiivisesti ilman toimilaitteita tai aktiivista ohjausta. Pyörien kosketuspaineen ja mönkijän massan välinen tasapaino hallitaan kokonaan mekaanisella rakenteella.
Vakiovoimajouset tukevat järjestelmää tarjoamalla tasaisen ja ennakoitavan mekaanisen toiminnan, jota rocker-bogie-jousituksen kinemaattinen ketju edellyttää.
Suunnitteluprosessi: 22 kuukauden kumppanuus
Perintö: 175 vuotta tarkkuustekniikkaa – yhtä planeettaa kauempana
JPL valitsi Lesjöforsin verkoston tähän projektiin, koska insinööreillämme on riittävästi syvällistä osaamista työskennelläkseen eritelmätasolla, toleranssien saavuttamiseen tarvittavaa valmistustarkkuutta sekä tällaisten vaativien ohjelmien edellyttämää dokumentointikuria.
He sitoutuivat lähes kaksivuotiseen yhteiskehitysprosessiin – kumppanuuteen, joka toimii vain, kun molemmilla osapuolilla on aitoa teknistä asiantuntemusta.
Marsin Perseverance-lento on verkostomme historian kaukaisin käyttökohde. Olemme varmoja, ettei tämä jää viimeiseksi kerraksi, kun komponenttimme toimivat poikkeuksellisessa ympäristössä.
Sama standardi: jokainen toimiala, jokainen sovellus
Lesjöfors on yli 175 vuoden ajan suunnitellut jousia ja puristustuotteita sovelluksiin, joissa vikaantuminen ei ole hyväksyttävää. Perseverancen jousiin sovellettu tekninen tinkimättömyys kuvastaa tapaamme lähestyä jokaista sovellusta kaikilla toimialoilla.
Materiaalien jäljitettävyys varmisti, että jokaisen Perseverancen jousituksessa käytetyn ruostumattoman teräsnauhan koko tuotantohistoria voitiin jäljittää. Sama standardi koskee implantoitaviin lääkinnällisiin laitteisiin ja kriittisiin puolustusjärjestelmiin tarkoitettuja jousia.
NASA:n vaatimukset täyttänyt prosessidokumentaatio vastaa sitä, johon säänneltyjen toimialojen asiakkaamme luottavat. Myös testausohjelma, jossa Perseverancen jouset koeteltiin perusteellisesti ennen laukaisua, on sama kuin avomeriporauslaitteiden ja raskaasti kuormitettujen ajoneuvojousitusten komponentteihin sovellettava ohjelma.
Mars nosti panoksia, mutta projektin edellyttämät toimintatavat olivat jo käytössä Lesjöforsin verkostoon kuuluvalla John Evans’ Sonsilla.
Explore more case studies
Read moreSprings for Norwegian oil rig
Lesjöfors engineered a series of hard wearing compression springs designed to reduce the pressure on drilling equipment (and subsequent breakage) at sea.
Read moreInnovating automotive
Lesjöfors worked with Polestar to design and develop the pioneering suspension springs on the limited edition performance Polestar 2 BST edition 270.
Read moreInnovative disability ramp
Improving accessibility starts with smart design. Discover how Lesjöfors gas springs enable lighter, smoother, and more user-friendly disability ramps.
Resurssit ja tuki
- Lisätietoa Lesjöforsista
Tietoa Lesjöforsista
- Ota yhteyttä asiantuntijatiimiimme
Yhteystiedot ja tuki
- Tutustu UKK-kysymyksiin ja teknisiin neuvoihin
UKK ja tekniset neuvot