שימושים של מנועי Brushless באפליקציות חלל

המסע לחלל מציב בפני מהנדסים רבים את אחת הסביבות העוינות ביותר המוכרות לאנושות. ואקום מוחלט, טמפרטורות קיצוניות וקרינה מייננת.

במערכות רגישות בהן ישנן זרועות רובוטיות, פנלים סולאריים ומערכות ניווט. המנוע החשמלי הוא מרכז המשימה.

לכן חשוב להכיר את אותם שימושים של מנועי Brushless על מנת להבין איך אפשר להביא לידי ביטוי פתרונות שיקלו על המהנדסים.

שימושים של מנועי Brushless – אתגרי הסביבה החללית

בשנים האחרונות, הבחירה הטבעית לתעשייה זו היא מנוע BLDC המהווה פתרון הנדסי אלגנטי לבעיות המורכבות של פעולה מחוץ לאטמוספירה.

בסביבת החלל, מנועי DC נתקלים בשלושה כשלים מרכזיים:

1. שחיקה בוואקום: בהיעדר לחות ואוויר המשמשים כחומר סיכה טבעי, המברשות במנוע רגיל נשחקות בקצב מהיר מאוד, מה שמוביל לכשל מכני מוקדם המשפיע גם על רכיבים מקושרים כמו בורג הנעה או מערכות תמסורת אחרות.
2. פליטת גזים (Outgassing) : חומרים פלסטיים ודבקים במנועים סטנדרטיים עלולים להתאדות בוואקום וליצור ענן חלקיקים שמתעבה על עדשות מצלמה או פאנלים סולאריים רגישים.
3. ניהול תרמי: בוואקום אין הסעת חום (Convection). פינוי חום מהרוטור שהוא למעשה החלק המסתובב במנוע מברשות הוא כמעט ובלתי אפשרי, מה שמוביל אל התחממות יתר.

הפתרון: איך פועל מנוע BLDC?

שימושים של מנועי Brushless פותרים את הבעיות הללו על ידי היפוך המבנה המסורתי.

במקום מברשות פיזיות שמעבירות זרם לרוטור, המנוע משתמש בבקר אלקטרוני שממתג את הזרם בסלילי הסטטור שהוא בעצם החלק הקבוע.

• הרוטור מורכב ממגנטים קבועים.
• הסטטור מכיל את הסלילים, מה שמאפשר הולכת חום ישירה לגוף הלוויין.

היעדר המגע הפיזי מבטל את השחיקה, מונע ניצוצות שעלולים להיות מסוכנים בסביבות מסוימות ואף מאריך את חיי המדף של המנוע לעשרות שנים של עבודה רציפה.

מנוע Brushless לעומת Brushed: השוואה טכנית

דרישות מחמירות ומפרט טכני ליישומים צבאיים וחלליים

מנוע BLDC המיועד לחלל הוא לא מוצר מדף רגיל. עליו לעמוד במפרט מוקשח קרינה כדי למנוע שיבושים באלקטרוניקת הבקרה כתוצאה מחלקיקים טעונים בחלל.

המאפיינים המרכזיים עבור שימושים של מנועי Brushless הם בעיקר:

• עמידות בטמפרטורות עם טווח פעולה מוגדר מראש.

• מבנה אטום/מנדף: שימוש בחומרים עם מקדם פליטת גזים בוואקום נמוך במיוחד.
• מומנט גבוה במשקל נמוך: יחס הספק משקל קריטי לחיסכון בעלויות שיגור.

התקנים הרלוונטיים בתעשייה

כדי להבטיח אמינות המנועים והבקרים חייבים לעמוד בתקנים בינלאומיים מחמירים, ביניהם ניתן לראות את התקנים הבאים:

• ECSS-E-ST-32-08C: תקן סוכנות החלל האירופית למנגנוני חלל
• MIL-STD-810: עמידות בתנאי סביבה כמו רעידות, הלם וטמפרטורה
• MIL-STD-461: תאימות אלקטרומגנטית למניעת הפרעות למערכות קשר
• NASA-STD-6016: דרישות לבחירת חומרים למניעת פליטת גזים

יצרני מנועי BLDC מובילים בתחום החלל

ישנן מספר חברות בעולם המתמחות בייצור מנועים העומדים בסטנדרטים הללו:

1. Maxon Motor הממוקמת בשווייץ: המנועים שלהם הניעו את רכבי המאדים.
2. Cobham הממוקמת בארצות הברית: מתמחה במערכות הנעה מורכבות ללוויינים.
3. Moog: יצרנית מובילה של מערכות בקרה ותנועה לאפליקציות צבאיות וחלליות.
4. Faulhaber: מציעה פתרונות מיקרו מנועים מוקשחים למיקרו לוויינים.

המעבר אל שימושים של מנועי Brushless הוא צורך הנדסי ולא רק שדרוג טכנולוגי.

היכולת לפעול ללא שחיקה ותחת תנאי קרינה וואקום קיצוניים, הופכת את BLDC לבסיס יציב וחזק עבור חקר החלל המודרני.

ככל שתעשיית החלל מתפתחת, כך גם נמשיך לראות דרישה גבוהה יותר למנועים קטנים יותר, חזקים יותר ועמידים יותר מאי פעם.

לוונשטיין טכנולוגיות מובילה מעל 80 שנה באספקת פתרונות הינע והנדסה מדויקים לשווקים הביטחוניים, הרפואיים וההייטק.

אנו מלווים את לקוחותינו משלב האפיון והפיתוח ועד לייצור סדרתי, תוך ייצוג חברות גלובליות ומחויבות לחדשנות, איכות ושירות ללא פשרות בתחומי הבקרה, המכניקה והאלקטרוניקה

שאלות ותשובות נפוצות: מנועים ללא מברשת באפליקציות חלל

למה יש כל כך הרבה שימושים של מנועי לא מבוססי מברשת באפליקציות חלל לעומת מנועים מבוססי מברשות?

הסיבה המרכזית לריבוי שימושים של מנועים ללא מברשת בתעשיית החלל היא היעדר המברשות, מה שמונע חיכוך, שחיקה וייצור חלקיקים מיקרוסקופיים, ומאפשר אמינות מקסימלית ותוחלת חיים ארוכה בסביבת ואקום שבה לא ניתן לבצע תחזוקה.

באילו מערכות ספציפיות בלוויינים אנחנו רואים שימושים של מנועים בלי מברשת באפליקציות חלל?

אנו רואים שימושים של מנועים ללא מברשת בעיקר במערכות כיוון מדויקות של פאנלים סולאריים, בגלגלי תגובה (Reaction Wheels) המשמשים לייצוב הלוויין, ובמנגנוני פריסה עדינים של אנטנות וטלסקופים.

איך מנועים ללא מברשת מתמודדים עם תנאי הקיצון, ואיך זה משפיע על אפליקציות חלל?

בגלל המבנה הייחודי שלהם והיעדר ניצוצות חשמליים, מנועים ללא מברשות מציעים עמידות מצוינת בפני רעידות שיגור, ואקום ותנודות טמפרטורה קיצוניות, מה שהופך אותם לרכיב הנעה הכרחי עבור אפליקציות חלל מורכבות.