Der
Cold Operable Lunar Deployable Arm (COLDArm), der vom
Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Südkalifornien entwickelt wurde, wird den Nutzen von Roboterarmen für Mondlandegeräte erheblich verbessern. Der Arm wird Manipulationsmöglichkeiten bei sehr niedrigen Temperaturen ermöglichen, auch während der Mondnacht, wenn die Temperaturen unter -173 Grad Celsius fallen können.
Der Roboterarm, der für eine Mondlandefähre konzipiert ist, nutzt eine hochleistungsfähige Smartphone-Verarbeitungstechnologie, die für den
Mars-Helikopter Ingenuity verwendet wurde, und kann eine Vielzahl von Aufgaben bei extrem kalten Temperaturen ohne Heizung ausführen. Dazu gehören Dinge wie das Aufnehmen und Analysieren von Mondboden, das Einsetzen von Instrumenten und das Aufnehmen von Fotos von der Umgebung des Landers. Derzeitige Roboterarme für Mondlandegeräte benötigen Heizungen, damit die Zahnräder im Inneren des Arms bei den extrem kalten Temperaturen in der Mondnacht nicht überlastet werden und brechen. COLDArm verfügt über spezielle Getriebe und Motorsteuerungen, die bei extremen Temperaturen ohne Heizung auskommen und so Energie und Masse für die Mission einsparen.
Ähnlich wie die Roboterarme von
Mars Phoenix und
Mars InSight verfügt COLDArm über vier Freiheitsgrade (bewegliche Gelenke), ist etwa 2 Meter lang und kann eine Kraft von etwa 10 Pounds (4,53592 kg) aufbringen. Ein in der Nähe des
"Handgelenks" des Arms angebrachter Sensor misst und regelt die Kraft, die der Arm während einer bestimmten Bewegung ausübt, um den Arm anzuhalten, wenn die vorgegebene Belastung erreicht ist, und um den Arm zu schützen. Der Arm wird mit Kameras für 3D-Kartierungen, Aufnahmen der Mondoberfläche und allgemeine Operationen ausgestattet sein. Das COLDArm-Team prüft eine Reihe von Anbauteilen und kleinen Instrumenten, die am Ende des Arms eingesetzt werden können, darunter eine 3D-gedruckte Titanschaufel mit Funktionen zur Erfassung der geotechnischen Eigenschaften des Mondregoliths.
Dazu gehört auch die Zusammenarbeit mit den Preisträgern des NASA@Work-Wettbewerbs "Be the Game Changer" und des öffentlich zugänglichen Wettbewerbs "Honey, I Shrunk the Payloads" im Hinblick auf die mögliche Integration ihrer Nutzlastinstrumente in COLDArm für eine künftige Demonstration.
Die Bordelektronik könnte schließlich so programmiert werden, dass sie die Gelenke des Arms autonom steuert, um verschiedene Bewegungen auszuführen und Bilder und Sensordaten zu sammeln. Durch zukünftige Softwareentwicklungen könnte die Bordelektronik von COLDArm autonome Operationen auf Ozeanwelten wie dem Jupitermond Europa ermöglichen.
Die Zahnräder von COLDArm werden im Rahmen des Projekts Bulk Metallic Glass Gear entwickelt. Die Motorsteuerungen wurden von Motiv im Rahmen des NASA Small Business Innovative Research (SBIR) Programms entwickelt. Die Demonstration dieser Technologien wird künftige Missionen in extremen Umgebungen auf dem Mond, dem Mars und den Ozeanwelten ermöglichen. COLDArm soll innerhalb der nächsten fünf Jahre als Technologiedemonstration auf einem kommerziellen Landeroboter im Rahmen der CLPS-Initiative (Commercial Lunar Payload Services) der NASA fliegen.
Das COLDArm-Projekt wird im Rahmen der Lunar Surface Innovation Initiative (LSII) finanziert und vom Game Changing Development (GCD)-Programm des Space Technology Mission Directorate der NASA geleitet.
Diese Skizze zeigt den COLDArm-Entwurf einer Mondlandefähre.
Kredit: NASA, JPL-Caltechhttps://www.nasa.gov/feature/cold-operable-lunar-deployable-arm-coldarmIntegriert Getriebemotoren für Roboterarm bei zukünftigen Mondmissionen.Anfang 2022 wurden im Rahmen des vom JPL in Südkalifornien geleiteten
COLDArm-Projekt (Cold Operable Lunar Deployable Arm) erfolgreich spezielle Zahnräder in Teile eines Roboterarms integriert, der in den kommenden Jahren ein robotergesteuertes Experiment auf der Mondoberfläche mit Bildmaterial durchführen soll.
Diese Zahnräder aus
metallischem Glas (BMG), die in die Gelenke und Aktuatoren von COLDArm integriert sind, wurden im Rahmen des
Game Changing Development-Projekts für Zahnräder aus metallischem Glas entwickelt, die bei extremen Temperaturen unter minus 173 Grad Celsius funktionieren. Die Zahnradlegierungen haben eine ungeordnete Struktur auf atomarer Ebene, wodurch sie sowohl stark als auch elastisch genug sind, um diesen außergewöhnlich niedrigen Temperaturen standzuhalten. Herkömmliche Getriebe müssen erhitzt werden, um bei solchen kryogenen Temperaturen zu funktionieren. Die BMG-Getriebemotoren wurden bei etwa minus 173 Grad Celsius ohne Heizhilfe getestet und erfolgreich betrieben. Dieser Getriebemotor ist eine der Schlüsseltechnologien, die es dem Roboterarm ermöglichen, in extrem kalten Umgebungen zu arbeiten, wie z. B. in der Mondnacht.
Jedes der vier Gelenke mit BMG-Getrieben wird getestet, sobald der Arm vollständig zusammengebaut ist, was für das Frühjahr 2022 geplant ist. Die Tests der Robotergelenke umfassen Dynamometertests zur Messung des Drehmoments und der Rotationsgeschwindigkeit sowie Tests im kryogenen Thermalvakuum, um herauszufinden, wie sich die Ausrüstung in einer weltraumähnlichen Umgebung verhalten würde. Sobald sie sich bewährt haben, werden die BMG-Getriebe und COLDArm-Fähigkeiten künftige Missionen in extremen Umgebungen auf dem Mond, dem Mars und in Meereswelten ermöglichen.
COLDArm soll innerhalb der nächsten fünf Jahre im Rahmen der NASA-Initiative Commercial Lunar Payload Services als Technologiedemonstration auf einem kommerziellen Landeroboter fliegen. Das COLDArm-Projekt wird durch die Lunar Surface Innovation Initiative finanziert und durch das Game Changing Development Programm im Space Technology Mission Directorate der NASA verwaltet. Im Rahmen des NASA Small Business Innovative Research Program ist Motiv Space Systems, Inc. federführend bei der Entwicklung und Herstellung des Arms und der Motorsteuerungen für COLDArm.
Kredit: Motiv Space Systems, Inc.
Kredit: Motiv Space Systems, Inc.https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA24567https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/game_changing_development/index.htmlBeste Grüße Gertrud
