小小月球车,跨出一大步
卡内基·梅隆大学(CarnegieMellonUniversity)的复合材料密集型月球车“Iris”(Irisnanorover)在模拟月景上进行展示,计划于下半年完成首次登月任务。Iris将作为下一代紧凑型遥控太空漫游车的技术示范。
建造和发射无人月球车的原因多种多样,包括通过机载传感器或运输设备收集数据。美国有一个计划在下半年发射的探测器,是一个碳纤维复合材料制造的”车轮上的2公斤鞋盒”,卡内基梅隆大学(CMU,美国宾夕法尼亚州匹兹堡)本科生研究助理、同时也是Iris月球探测器项目机械负责人尼古拉斯·阿库纳(NicholasAcuna)这样将其描述。复合材料设计与制造
该月球车由一个盒子状的碳纤维复合材料底盘组成,车内装有电机、镜头和摄像头以及遥控设备,车外固定着四个超大的瓶盖状碳纤维复合材料车轮。Acuna解释说,底盘内有大量的空位,可以最大限度地减轻重量,同时可以连接相对较大的车轮,以便攀越障碍物。Acuna说:“我们想在体积上尽可能大地开发一辆漫游车,同时仍要符合我们的预算。”Iris的原始设计仅包含两个较大的车轮和一个类似于后部“尾巴”的稳定结构,以保持平衡。Acuna说,这种设计旨在尽量减少质量,但是缺点是它只能向前移动。随着整体设计的优化程度提高,年秋季,用当前的四轮设计取代了两轮运动,以增加前进和后退的能力。符合太空探索标准。
选择一种材料并设计出符合NASA(美国宇航局)要求的方案后,JanickiIndustries研发实验室的工程师将碳纤维织物铺在铝模具上。
底盘尺寸约为××毫米,由复合材料制造商JanickiIndustries(美国华盛顿州Sedro-Woolley)制造,而车轮则由CMU研究人员自行设计和制造。对于底盘,CMU提供了要求和零件设计,而Janicki提供了其航空结构方面的专业知识来指导材料选择、铺层时间表和铺层布局设计。据Janicki研发总监托德·查斯(ToddChace)介绍,底盘制造中最具挑战性的一个方面是,月球车的几块硬件需要直接连接到底盘上,这需要特别的精确度和谨慎性,以避免材料出现起皱或拼接。此外,用于零件的树脂系统需要满足NASA制定的严格排气要求;选择了Solvay复合材料公司(美国佐治亚州Alpharetta)MTM45-13K碳纤维/环氧预浸料来满足这些要求。为了制造底盘,Janicki研发实验室的团队首先设计并制造了一种铝制叠层工具。底盘的铺层是数字化设计的,使用伊斯曼(美国纽约州布法罗)切割机切割,然后用热压罐固化。使用Janicki的Zimmermann(美国密歇根州Wixom)铣床对固化零件进行修整和钻孔。Chace说,该零件只有四层厚,因此加工团队需要非常小心地处理这种精密的结构。为登月做好充足准备
Janicki制造了三个相同的底盘组件-一个用于测试,一个用于备份以及一个踊跃登月。该组件经过精心设计,可以满足严格的太空飞行标准,并可以容纳Iris的传感器,照相机,电池和车轮附件。
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