Landningsställ för rymdfarkoster
Upptäck hur John Evans’ Sons, en del av Lesjöfors nätverk av specialiserade tillverkare, utvecklade konstantkraftfjädrar till Mars 2020-rovern Perseverance.
Smidig utfällning av landningsställ för rymdfarkoster
NASA:s Jet Propulsion Laboratory (JPL), en avdelning inom California Institute of Technology, kontaktade Lesjöfors nätverk för att få precisionsfjäderkomponenter till Mars 2020-rovern Perseverance.
Fjädrarna behövde klara uppskjutningen, färden genom rymden och förhållandena på en annan planets yta. John Evans’ Sons, ett specialiserat systerföretag inom Lesjöfors, levererade konstantkraftfjädrar till fjädringssystemet på NASA:s rover Curiosity 2012. När JPL började planera Mars 2020 återvände de till ett leverantörsnätverk som de visste att de kunde lita på, eftersom komponenterna hade fungerat exakt som avsett på Mars yta.
Så levererar Lesjöfors nätverk enastående ingenjörskonst för rymdindustrin
Lesjöfors är ett globalt nätverk av specialiserade tillverkare av fjädrar och banddetaljer. Varje företag har djup expertis inom sitt produktområde, vilket är särskilt värdefullt för kunder med komplexa krav.
För Perseverance-uppdraget var specialisten i Lesjöfors nätverk John Evans’ Sons, vår Pennsylvania-baserade tillverkare av bandfjädrar med en av världens mest avancerade avdelningar för konstantkraftfjädrar.
Projektet utvecklades till ett 22 månader långt ingenjörssamarbete – ett samarbete som tog våra komponenter hela vägen till Mars yta.
De tekniska utmaningarna med landningsställ för rymdfarkoster
Att konstruera fjädrar till NASA:s Mars 2020-rover Perseverance skiljer sig fundamentalt från även de mest krävande tillämpningarna inom flygindustrin på jorden. Komponenterna måste fungera felfritt under en livscykel som börjar i samma ögonblick som raketen lämnar uppskjutningsrampen och kan fortsätta i årtionden på Mars yta.
Temperatur: extrema temperaturväxlingar
Temperaturen på Mars yta varierar från −220 °F vid polerna till +70 °F nära ekvatorn. Fjädringskomponenterna måste behålla sin dimensionsstabilitet och ge jämn mekanisk prestanda över en temperaturskillnad på nästan 265 °F, utan möjlighet till eftersmörjning eller justering. Materialval och specifikationer för värmebehandling är avgörande redan från början.
Vibrationer: belastning vid uppskjutning och stötdämpning
Uppskjutningen med Atlas V utsätter rovern för ihållande vibrationsbelastningar över ett brett frekvensspektrum. Fjädrarna måste absorbera och överföra dessa krafter utan utmattningsbrott eller bestående deformation – ett krav som förutsätter både exakt geometri och en grundlig förståelse för hur det valda materialet beter sig under cyklisk belastning.
Vakuum: miljön med nära vakuum under färden
Under den sju månader långa färden till Mars befinner sig rovern i vakuum i rymden. Materialutgasning, smörjmedelsmigration och skillnader i värmeutvidgningskoefficient är samtliga viktiga tekniska frågor. Varje material i enheten måste bedömas med avseende på vakuumkompatibilitet.
Terräng: oförutsägbara förhållanden på landningsplatsen
Jezero-kratern på Mars består av områden med sprucken sten, fin regolit och stora höjdskillnader. Perseverances gungboggifjädring måste hela tiden upprätthålla en jämn kontakt mellan hjul och mark. Det kräver en fjäderkraftsprofil som förblir förutsägbar och linjär genom roverns hela rörelseområde.
Dessa krav påverkar varandra. Ett material som lämpar sig väl ur temperatursynpunkt kan bete sig oförutsägbart i vakuum. En geometri som är optimerad för att klara uppskjutningen kan orsaka en icke-linjär kraft som stör navigeringen i terrängen. Utmaningen som Lesjöfors nätverk fick i uppdrag att lösa var att hantera alla fyra kraven samtidigt, utan möjlighet till justering på plats.
Materialval för extrema miljöer: en av Lesjöfors specialiteter
Innan en enda fjäder kan lindas måste rätt material väljas. I ett uppdrag där komponenterna inte kan bytas ut är materialvalet ett av de viktigaste tekniska besluten.
För konstantkraftfjädrar som ska fungera i Mars atmosfär måste materialet uppfylla flera motstridiga krav samtidigt:
- Tillräcklig sträckgräns och utmattningshållfasthet för att klara vibrationerna vid uppskjutningen och upprepade utfällningscykler
- Dimensionsstabilitet över ett temperaturområde på mer än 265 °F
- Vakuumkompatibilitet utan utgasning eller smörjmedelsmigration som kan förorena känsliga instrument
- Konstant elasticitetsmodul över hela temperaturområdet, så att kraften förblir förutsägbar
Högkvalitativt band av rostfritt stål, noggrant specificerat och anskaffat med full materialspårbarhet, uppfyllde dessa krav för Perseverance.
Utveckling av konstantkraftfjädrar till NASA:s Mars 2020-rover Perseverance
En konstantkraftfjäder är ett förspänt band av platt fjädermaterial som precisionslindas till en tät rulle. Till skillnad från en traditionell spiralformad tryck- eller dragfjäder, som genererar en kraft proportionell mot deformationen enligt Hookes lag, ger en konstantkraftfjäder en nästan jämn kraft över hela utdragningsområdet – ett grundläggande krav för en sexhjulig planetrover.
Perseverances gungboggifjädring, samma kinematiska konstruktion som validerades på Curiosity, är utformad så att alla sex hjul kan behålla markkontakten samtidigt när rovern tar sig över hinder som är lika stora som hjulens diameter. Systemet fungerar helt passivt, utan ställdon eller aktiv styrning. Balansen mellan hjulens marktryck och roverns massa hanteras helt genom den mekaniska konstruktionen.
Konstantkraftfjädrarna stödjer systemet genom att ge det jämna och förutsägbara mekaniska beteende som den kinematiska kedjan i gungboggifjädringen är beroende av.
Utvecklingsresan: ett 22 månader långt samarbete
Arvet: 175 år av precisionsteknik – och en planet längre bort
JPL valde Lesjöfors nätverk för projektet eftersom våra ingenjörer har den djupa kunskap som krävs för att arbeta på specifikationsnivå, tillverkningsprecisionen för att uppfylla toleranserna och den dokumentationsdisciplin som sådana krävande program förutsätter.
De åtog sig en nästan två år lång gemensam utvecklingsprocess – den typ av partnerskap som endast fungerar när båda parter bidrar med genuin teknisk kompetens.
Marsuppdraget med Perseverance är den mest avlägsna driftsättningen i vårt nätverks historia. Vi är övertygade om att det inte blir sista gången våra komponenter används på en extraordinär plats.
Samma standard: varje bransch, varje tillämpning
I över 175 år har Lesjöfors utvecklat fjädrar och banddetaljer för tillämpningar där fel inte är ett alternativ. Den tekniska noggrannhet som tillämpades på fjädrarna till Perseverance speglar hur vi arbetar med varje tillämpning, i alla branscher.
Vår materialspårbarhet säkerställde att varje band av rostfritt stål som användes i Perseverances fjädring kunde spåras genom hela sin produktionshistorik. Samma standard gäller för fjädrar avsedda för implanterbara medicintekniska produkter och kritiska försvarssystem.
Processdokumentationen som uppfyllde NASA:s krav motsvarar den som våra kunder i reglerade branscher förlitar sig på. Testprogrammet som utsatte Perseverances fjädrar för omfattande provning före uppskjutningen är detsamma som används för komponenter i offshoreborrutrustning och fordonsfjädringar för höga belastningar.
Mars höjde insatserna, men de arbetssätt som projektet krävde fanns redan hos John Evans’ Sons som en del av Lesjöfors nätverk.
Läs merFjädrar till norsk oljerigg
Vi utvecklade slitstarka tryckfjädrar som minskar belastningen på borrutrustning till havs och minskar risken för skador.
Läs merInnovation inom bilbranschen
Vi samarbetade med Polestar för att designa och utveckla innovativa fjädrar till upphängningen i den limiterade prestandamodellen Polestar 2 BST edition 270.
Läs merInnovativ tillgänglighetsramp
Att förbättra tillgängligheten börjar med smart design. Upptäck hur Lesjöfors gasfjädrar gör rullstolsramper lättare, smidigare och mer användarvänliga.
Ta reda på mer om branscherna vi samarbetar med
Resurser och support
- Läs mer om Lesjöfors
Om Lesjöfors
- Kontakta vårt team av experter
Kontakt och support
- Utforska FAQs and råd
FAQ & teknisk rådgivning