Skip to main content

PREcession-based drive mechanisms for high-PREcision energy-efficient POSitionining devices

Article Category

Article available in the folowing languages:

Neuer kompakter Drehantrieb weist auf Positionsanzeigegeräte mit höherer Präzision an Bord von Satelliten hin

EU-Forschende haben eine neuen miniaturisierten Drehantrieb für den Raumfahrtsektor entwickelt. Durch schnelle und genaue Bewegungen ermöglicht er die bestmögliche Nutzung von Satelliten-Kommunikationssystemen und -Solarzellenpaneelen.

Weltraum

Da die Kosten extrem hoch sind, um Nutzlasten in den Weltraum zu senden, ist der Markt zunehmend mit der Herausforderung konfrontiert, Innovationen in puncto Ausrüstung und Instrumente zu fördern, welche Satelliten und Raumfahrzeuge an Bord haben. Innovative Technologien, die dabei helfen, das Gewicht zu reduzieren, ohne die Leistung und Zuverlässigkeit der Komponenten und Mechanismen zu schmälern, genießen in der Industrie hohe Wertschätzung.

Die Peilgenauigkeit von Satellitenmechanismen steigern

Es kommt auf jedes Kilogramm Satellitennutzlast an. Gleiches gilt für die Antriebe, welche die Feinausrichtung der Satellitenmechanismen sicherstellen. Satelliten in einer Umlaufbahn müssen so ausgerichtet sein, dass ihre Antenne, Solarzellenpaneele und Instrumente eine hohe Genauigkeit erzielen. Mit den EU-Mitteln aus dem Projekt Pre2Pos entwickelten das in Italien ansässige Start-up-Unternehmen Phi Drive und das in Spanien ansässige Unternehmen Arquimea einen leichten, aber dennoch leistungsstarken Drehantrieb. Da er ein hohes Maß an Drehmomentsteuerung bietet, könnte der Motor die überaus schnellen Satellitenbewegungen handhaben. „Unser Ziel war die Entwicklung intelligenter Mechanismen für Weltraumanwendungen, die auf Piezoelektrizität basieren. Unser neuer Antrieb mit einem hohen Drehmoment-zu-Masse-Verhältnis könnte hoher Belastung standhalten und bietet ein hohes Maß an Genauigkeit in den bordeigenen Positionsanzeigegeräten“, merkt Projektkoordinator Marco Bacciocchi an. Die präzise Ausrichtung von satellitengesteuerten Geräten ist fundamental für den Satellitenbetrieb. „Passend ausgerichtete Antennen verbessern die Bandbreite und ermöglichen eine bessere Kommunikation zwischen Satelliten oder zwischen Bodenstationen und Satelliten. Außerdem ermöglicht die angemessene Verfolgung von Solarzellenpaneelen mehr Betriebsleistung für die Satelliten“, fügt Bacciocchi hinzu.

Die Funktionsprinzipien des neuen Drehantriebs

Der Pre2Pos-Antrieb wird elektrisch betrieben und funktioniert rein mechanisch – Drehungen werden durch lineare, einseitige Bewegungen durchgeführt. Er verwandelt ein elektrisches Signal in eine präzise gesteuerte physikalische Verlagerung von piezoelektrischen Stapeln, um eine Drehbewegung zu erreichen. Das ausgewählte AG-LT-Modell ist ein resonanter piezoelektrischer Motor, der hybride Längs-Drehschwingungen in einem festen Stator nutzt. Wenn der Stator im Längsschwingungsmodus gegen den Rotor drückt, erfolgt aufgrund der Drehschwingung eine Drehung im Uhrzeigersinn. Ehe der Stator seine Richtung umkehrt, löst er sich durch Kompression von dem Rotor. Der Rotor rotiert dank der Trägheit solange weiter, bis sich der Zyklus wiederholt. Da der neue Drehantrieb keine Öle oder Schmiermittel benötigt, entspricht er den Normen der Raumfahrtindustrie zur Kontrolle der Kontamination und Sauberkeit. Außerdem gibt es weder mechanische Bremsen noch ein Getriebe – ein unerwünschter Schlupf ist somit passé.

Die nächsten Schritte

Momentan arbeiten die Forschenden an der weiteren Steigerung des Motordrehmoments. „Wir denken, dass die Einbindung eines Instruments für die automatische Echtzeit-Einstellung der Resonanzfrequenz des Systems ein großer Vorteil wäre, da der Antrieb unter jeder Arbeitsbedingung stets mit Maximalleistung betrieben werden könnte“, erklärt Bacciocchi. „Unser Ziel ist die Einbindung unserer Drehantriebe in wichtige Ausrüstung und Mechanismen, die bei Satelliten und Raumfahrzeugen verwendet werden, da hierbei eine hohe Präzision, ein geringes Gewicht, Energieeffizienz und geringe Fertigungskosten überaus wünschenswert sind“, lautet das Fazit von Bacciocchi. Abgesehen von Weltraumanwendungen richtet das Unternehmen seinen Blick auf weitere Anwendungsbereiche wie die Automation, die Metrologie, das Militärwesen und die Optik.

Schlüsselbegriffe

Pre2Pos, Satellit, Drehantrieb, Positionsanzeigegerät, Solarzellenpaneel, Drehmoment, Weltraumanwendungen, Phi Drive

Entdecken Sie Artikel in demselben Anwendungsbereich