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太空探测最新进展!火星上有地震吗?

供稿:福尔哈贝传动技术(太仓)有限公司 2019/1/4 15:55:46

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  • 关键词: FAULHABER 电机
  • 摘要:有史以来感应最为灵敏的SEIS(火星内部结构地震测量仪)于11月底抵达火星并开始执行任务。FAULHABER也有幸助力该项目,其六台带有行星齿轮箱的步进电机将在仪器着陆后执行两项任务:一是精确平衡测量机制,其次是补偿因季节性温度波动而产生的张力。

 

有史以来感应最为灵敏的SEIS(火星内部结构地震测量仪)于11月底抵达火星并开始执行任务。FAULHABER也有幸助力该项目,其六台带有行星齿轮箱的步进电机将在仪器着陆后执行两项任务:一是精确平衡测量机制,其次是补偿因季节性温度波动而产生的张力。

 

 

地震是地壳质量运动的一种自然现象,大约在100年前,德国地球科学家阿尔弗雷德·韦格纳提出了板块构造理论,这一理论最初被其同事嘲笑。今天,我们对大陆板块的了解通常来源于学校的教学,地球板块与板块之间会相互挤压碰撞,造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂。

 

众所周知,大陆板块的运动改变了地质构造,例如形成了深深的裂谷和高高的山脊。那么,我们的邻星火星会发生什么变化呢?

 

比任何设备都灵敏

 

德国莱茵河上游平原长约400公里,而火星上最大的峡谷——水手号谷(Valles Marineris)的长度是其十倍,某些点的深度达七公里。这让我们不禁疑惑,火星上的峡谷是否也是因地壳运动而形成?这些地壳运动是早已结束还是仍在进行?火星上有地震吗?

 

 

美国国家航空航天局NASA的“洞察号”(InSight)任务将通过测量地震波来解答这些问题,它于2018年5月5日启动。

 

“洞察号”着陆器于11月底在火星上着陆,并通过机器人手臂将地震仪置于行星表面。这款SEIS测量仪非常灵敏,可检测到与单个氢原子直径相对应的地壳位移。NASA称该仪器是“有史以来最灵敏的地震仪”。

 

补偿材料张力

 

其中,弹簧机构热平衡可反映地震仪的灵敏度和测量精度,这一平衡十分必要,因为在火星上不同季节的温度波动幅度大。地球上适用的原理同样适用于火星:材料会因温度波动而产生热胀冷缩现象,并影响其强度,这在弹簧机制中尤为明显。

 

SEIS真空室内安装了FAULHABER三种AM 0820步进电机,可抵消温度波动所带来的影响。FAULHABER将直径仅8毫米的电机与08/1系列行星减速机组合在一起,它们拥有不锈钢外壳,齿轮箱还配备了特殊的轴和含特殊涂层的滚珠轴承,以便在火星上使用。

 

 

该地震计由法国Ariane集团的子公司Sodern主导制造,在对驱动技术进行评估时,Sodern希望找到技术含量最高的设备。“这需要进行大量研究,”其新闻发言人RémyLambertin回忆到。

 

毕竟,他们将“制造用于火星探索史无前例的最小的仪器。”仪器越小就越脆弱。因此,他们对坚固性、耐用性和操作可靠性等方面的要求非常高。

 

与FAULHABER法国子公司共同设计的步进电机驱动解决方案将在两年内执行至少160次校正,还将在地球上进行长达六年的耐久性模拟测试,热操作范围为-120到+70摄氏度,尽管FAULHABER步进电机已在如此苛刻的环境条件下成功用于其他的NASA和ESA火星任务。

 

真正的挑战——保持良好润滑度

   

据RémyLambertin称,使用地震计的最大挑战之一是确保驱动技术得到有效润滑,这需要特殊的润滑剂,因为火星表面的平均压力仅6.36 hPa,相当于地球上高度约35公里处的气压。

Dicronite为电机滚珠轴承及齿轮箱滑动部件提供了可靠的润滑剂,这是在火星表面对SEIS进行零间隙调节并赋予其出色耐用性的关键因素之一。

SEIS(火星内部结构地震测量仪)基本上由两个三轴地震传感器组成,可检测不同强度和频率下的地壳运动。这两个传感器测量的频率分别为0.01-10赫兹和0.1-50赫兹。

SEIS还集成了测量风力、气压、温度和磁场的仪器。这些测量旨在确定其振动是否因地震所致,还是仅因火星表面破坏性因素导致。

总之,该仪器可精确检测到导致火星地壳移动的振动比氢原子的厚度小,因为使用FAULHABER步进电机驱动的定位系统可进行精细调平。此外,该系统由德国哥廷根马克斯普朗克太阳系研究开发。

 

无间隙微驱动

 

这些驱动轴在着陆后将以小于0.1度的定位精度来工作。FAULHABER六个驱动轴的零间隙特性确保了其始终如一地进行高重复性运动,其净重小于20克。

 

Faulhaber步进电机

 

这项顶尖技术的研发十分重要,因为SEIS在火星上是独立运行的。相比之下,地球上的地震计通常是联网的,以提高测量精度。鉴于这一点,火星上的高灵敏度地震计安装在隔热真空箱中,以防止破坏性环境因素。

审核编辑(王静)
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