Księżycowy przenośnik z napędem NORD

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



Eksploracja kosmosu dzisiaj to nie tylko pytanie o możliwość dotarcia do innych ciał niebieskich, ale także o jak najefektywniejsze i zrównoważone wykorzystanie ich zasobów. Jednym z nich jest regolit, który definiuje się 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 regolitu jako bazy do produkcji materiałów potrzebnych do funkcjonowania przyszłych baz księżycowych. To właśnie transport regolitu był przedmiotem 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 pod nazwą „Over the Dusty Moon Challenge” zaproszono zespoły studentów z całego świata. Celem było zademonstrowanie systemów zaprojektowanych i zbudowanych do przemieszczania „księżycowego pyłu” na odległość pięciu metrów i wysokość trzech metrów po 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, choćby z uwagi na warunki księżycowe – brak atmosfery, sześciokrotnie mniejszą od ziemskiej grawitację 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 t/h, 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.