Wiadomości –

Księżycowy przenośnik z napędem NORD

System zaprojektowany przez studentów z Krakowa zdobył 1 miejsce w międzynarodowym konkursie w USA. NORD dostarczył do urządzenia kompletny system napędowy.

Zakrzow, 2024-03-20

Eksploracja kosmosu to obecnie nie tylko pytanie o możliwość dotarcia na inne ciała niebieskie, ale także o jak najefektywniejsze i zrównoważone wykorzystanie ich zasobów. Przykłądem takiego zasobu jest regolit.

Regolit można zdefiniować jako rozdrobnioną, miałką powierzchnię ciał niebieskich pozbawionych atmosfery. Regolit pokrywający powierzchnię Księżyca składa się w ponad 98% z 7 pierwiastków: 41% tlenu, krzemu – 18,9%, żelaza – 15%, wapnia – 7,9%, tytanu – 6,5%, glinu – 5%, magnezu – 4,3% i innych. Na powierzchni Księżyca nie ma rud w ziemskim sensie (jako oddzielnych złóż minerałów w dużej koncentracji). Niezbędne jest więc wykorzystanie tamtejszego regolitu jako bazy do produkcji materiałów potrzebnych do funkcjonowania przyszłych baz księżycowych.

Sposoby na transportowanie regolitu zostały wybrane jako główny temat konkursu, który na przełomie maja i czerwca ubiegłego roku, zorganizował Uniwersytet Colorado School of Mines w USA we współpracy z firmą Lockheed Martin Space. Do rywalizacji której nadano tytuł „Over the Dusty Moon Challenge” zaproszono zespoły studentów z całego świata. Celem było zademonstrowanie systemów zaprojektowanych i zbudowanych do przemieszczania „księżycowego pyłu”. Zadanie polegało najsprawniejszym i najbardziej efektywnym przetransportowaniu materiału na odległość pięciu i wysokość trzech metrów, biorąc pod uwagę warunki panujące na powierzchni Księżyca. Ocena komisji sędziowskiej w skład której wchodzili m.in. przedstawiciele NASA, skupiała się na ilości transportowanego pyłu symulującego regolit, masie systemu, zużytej energii, tolerancji i wytwarzaniu pyłu, autonomii i ogólnej wydajności.

Przed drużynami stanęło ciężkie wyzwanie. Warunki księżycowe są zdecydowanie odmienne od ziemskich – brak atmosfery, sześciokrotnie mniejsza od ziemskiej grawitacja czy bardzo niskie temperatury. Sam regolit jest również wyjątkowym materiałem którego właściwości utrudniają transport. Charakteryzuje się on również niezwykle silną adhezją i przylepia się mocno do rozmaitych powierzchni. Ma wyjątkowo silne własności ścierne, to znaczy jest niezwykle abrazyjny. Jeśli przylgnie do poruszających się powierzchni mechanizmów lub części optyki, grozi to zatarciami i prędkim uszkodzeniem aparatury.

Rywalizację wygrał projekt studenckiej drużyny SpaceTeam AGH pod opieką profesora Krakowskiej Akademii Górniczo-Hutniczej, dr hab. inż. Piotra Kulinowskiego z Katedry Inżynierii Maszyn i Transportu na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Robotyki. W założonym czasie przenośnikowi udało się przetransportować ponad 50 kg materiału. Warto zauważyć, że samo urządzenie ważyło jedynie nieco ponad 60 kg i było łatwe do transportu co jest wielką zaletą w ograniczonych warunkach podróży kosmicznych. Stworzony system przenośników, o nazwie TOLRECON, składa się z poziomego przenośnika zgrzebłowo-żerdziowego oraz przenośnika kubełkowego. Urządzenie załadowcze wprowadza regolit bezpośrednio na rynnę, a następnie za pomocą połączonych żerdzią zgrzebeł poruszających się ruchem posuwisto-zwrotnym, przesuwa regolit z prędkością do 0,1 m/s, a następnie ładuje go bezpośrednio do kubełków kolejnego przenośnika. Rozładunek przenośnika kubełkowego polega na łagodnym przesypywaniu regolitu z tylnej ściany kubełka do otworu załadowczego urządzenia odbierającego. Kształt górnej gwiazdy zwrotnej ułatwia rozładunek poprzez delikatne pulsacje prędkości łańcucha. Tak zaprojektowany układ zapewnił synchronizację załadunku, ograniczając wytwarzanie pyłu w miejscu przesypywania regolitu. Cechą charakterystyczną dla systemu przenośników TOLRECON jest wspólny napęd dla mechanizmu korbowo-wodzikowego przenośnika żerdziowego i gwiazdy napędowej przenośnika kubełkowego.

Z dumą informujemy, że Studenci Krakowskiego AGH wykorzystali tutaj aluminiową przekładnię walcową prostą SK 373.1 produkcji NORD DRIVESYSTEMS z lekkim silnikiem NORD SK 71N1/8 TF sterowanym przez przetwornicę częstotliwości NORDAC PRO. Wszystkie reduktory NORD posiadają jednoczęściowy korpus i zwartą budowę zapewniającą wysoką gęstość mocy. Wykorzystany silnik synchroniczny IE5, charakteryzuje się wyjątkową energooszczędnością, kompaktową konstrukcją i gładką powierzchnią. Minimalizuje to wymaganą przestrzeń montażową i ułatwia jego czyszczenie. Pozbawiony wentylatora projekt jest tutaj również zaletą gdyż jako konstrukcja zamknięta wykazuje się większą odpornością na kontakt z abrazyjnym pyłem.

Projektowany układ jest zoptymalizowany na wydajność 1 tony na godzinę, ale możliwe jest jej zwiększenie. Przy przekroczeniu pewnych wartości, regulacja wydajności odbywa się poprzez zmianę prędkości obrotowej silnika oraz zwiększenie wymiarów zgrzebeł, rynny i pojemności kubełków. W projekcie kontroluje się prędkość ruchu zgrzebeł i kubełków, aby ograniczyć wzbudzanie pyłu księżycowego. Możliwe jest zwiększenie wydajności TOLRECON do 144 t/h, lecz trzeba rozważyć, czy zrobić to kosztem zwiększenia masy urządzenia poprzez powiększenie wymiarów zgrzebeł i kubełków, czy zwiększenia poboru mocy i generowania pyłu poprzez zwiększenie prędkości. Z uwagi na jednoczesny napęd jednym motoreduktorem, zwiększenie prędkości nie zakłóci przesypu regolitu z rynny do kubełków.

Nasi studenci zdobyli pierwsze miejsce, rywalizując z zespołami z USA, Niemiec, Australii (drugie miejsce) oraz międzynarodową drużyną o nazwie Spaceship EAC reprezentującą Europejską Agencję Kosmiczną, która zajęła trzecie miejsce. Wygrana jest więc dużym sukcesem i świadczy o szerokiej wiedzy oraz wielkich możliwościach młodych projektantów. Nie mamy wątpliwości, że jeszcze nie raz usłyszymy o ich dokonaniach i gorąco życzymy im kolejnych, równie udanych projektów.