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Mars-Rover Perseverance: NASA JPL vertraut Testsystemen von m+p international

Seit vielen Jahren beliefert m+p international das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA mit effizienten Lösungen zur Schwingregelung und zur Schall­druck­regelung in Hallräumen. Für die Schock- und Akustikprüfungen des Mars-Rovers Perseverance vertrauen die Raumfahrt-Ingenieure daher auf die Leistungs­fähigkeit von der m+p VibControl Schwingregelsoftware, von der m+p VibRunner Messhardware und des m+p Acoustic Control Systems. Lesen Sie hier, warum sich die amerikanische Weltraumorganisation bei ihren Vibrationsprüfungen auf m+p international verlässt.

Gewinnen Sie interessante Eindrücke von den Tests am Mars-Rover in dem 2:30 Min. Video Shake, Rattle & Roll von NASA JPL.

 

Mars-Missionen sind eine technische Herausforderung

Neben der NASA sendeten 2020 auch China und die Vereinigten Arabischen Emirate eigene Missionen zum Mars. Der Grund dafür ist einfach. Alle 26 Monate öffnet sich ein kurzes Zeitfenster, in dem der Flug zum Mars nur sechs bis zehn Monate dauert. Wer diesen Termin verpasst, muss einen wesentlich längeren und teureren Flug in Kauf nehmen oder gute zwei Jahre auf die nächste Gelegenheit warten.

Das setzt die Entwickler und Ingenieure bei Mars-Missionen unter starken Druck. Sie müssen die gleichen rigorosen Schockprüfungen und Umwelt- und Startsimulationen durchführen wie bei anderen Raumfahrt-Missionen. Um auftretende Fehler schnellstmöglich analysieren und beheben zu können, müssen Testsysteme reichhaltige Analyseoptionen zur Verfügung stellen und flexiblen Zugang zu Prüfprotokollen bieten. Genau darauf sind die m+p VibControl Testsysteme ausgerichtet, die bei den Tests am Mars Rover zum Einsatz kamen.

Erster extraterrestrischer Helikopterflug

Am 18. Februar 2021 landete Perseverance im Jezero-Krater, etwas nördlich des Marsäquators. Von hier beträgt die Signallaufzeit zur Erde etwa 11 Minuten, wodurch Anflug und Landung vollautomatisch und ohne Eingriff durch den Menschen erfolgen musste. Der primäre Auftrag des neuen Mars-Rovers besteht darin, nach Spuren von Wasser und früherem mikrobiellen Leben zu suchen. Doppelte Vorsicht war geboten, damit der Rover keine Keime von der Erde mitbringt. Zu diesem Zweck wurde Perseverance in einem Reinraum innerhalb eines Reinraums montiert.

Weitere Missionsziele sind das Sammeln von Gesteinsproben, die eine spätere Raumfahrt-Mission einsammelt und zur Erde bringt. Darüber hinaus stehen Vorbereitungen für kommende NASA-Missionen auf dem Programm. Das an Bord befindliche Instrument MOXIE stellt zu Testzwecken Sauerstoff aus dem Kohlenstoffdioxid im Marsgestein her. Die an Bord befindliche Helikopterdrohne Ingenuity erforscht, ob die dünne Marsatmosphäre für Helikopterflüge ausreicht. Am 20. April 2021 wurde das mit ihrem Jungfernflug in der dünnen Mars-Atmosphäre eindrucksvoll bestätigt.

Damit diese empfindlichen Geräte alle korrekt funktionieren und ihre Aufgaben erfüllen können, müssen sie zunächst den Raketenstart überstehen.

Extrembedingungen beim Weltraumstart

Um die Raumkapsel mit dem Mars-Rover Perseverance aus dem Schwerefeld der Erde zu befreien, haben die Raumfahrt-Ingenieure eine Atlas V 541 Trägerrakete gewählt. Die gigantischen Flüssigkeitsraketentriebwerke generieren beim Start einen Schalldruck bis zu 200 Dezibel. Das ist selbst für die umliegenden Gebäude auf dem Weltraum-Bahnhof zu viel. Sie werden vor dem enormen Schalldruck geschützt, indem starke Wasserfontänen bei jedem Start Millionen von Litern Wasser in die Luft sprühen, das die Energie des Schalldrucks zerstreut.

Die Rakete und ihre wertvolle Nutzlast haben keine solche Schutzvorrichtung. Sie müssen den enormen Stress und die Vibrationen beim Start unbeschadet aushalten und auch die weiteren Zündungen sowie das Durchbrechen der Schallmauer überstehen. Eine schwierige Herausforderung für die Schock-, Schwingungs- und Akustikprüfungen. Die Testsysteme bilden solche extremen Bedingungen bis ins Detail nach und stellen gleichzeitig sicher, dass die empfindlichen Unikate zu jedem Zeitpunkt vor einer unerwarteten Überbelastung geschützt sind.

Akustiktests in NASA Labor
Vorbereitung der Akustiktests im Umweltprüflabor vom NASA Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Kalifornien (Fotorechte NASA/JPL-Caltech)

Vibrationsprüfungen im JPL-Testlabor in Kalifornien

Die Schwing- und Schockprüfungen für den Mars-Rover Perseverance führte das Team vom Jet Propulsion Laboratory in Pasadena durch. Wichtiger Bestandteil des Prüfprogramms waren die Rausch- und Sinustests in allen drei Achsen. Das Umweltprüflabor setzte für die Simulation das Schwingregelsystem m+p VibControl ein. Die Schwingregelsoftware vereint alle Anwendungen unter einer einzigen, intuitiven Benutzeroberfläche und ermöglicht es, alle auftretenden Belastungen und Kräfte präzise nachzubilden.

Als Messgeräteplattform kam die modulare m+p VibRunner Messhardware zum Einsatz. Sie erlaubte es den Experten vom JPL, die angeschlossenen Kanäle flexibel und ohne Zeitverzug für alle Vibrations-, Schock- und Akustikprüfungen gemeinsam zu nutzen. Mit der Option zur Datenreduktion und Online-Analyse konnte das Team die hohe Zahl an benötigten Kanälen für die Testsysteme zur Verfügung stellen.

Akustische Belastungstests für Raumfahrzeuge

Akustische Belastungstests in der Raumfahrt unterscheiden sich deutlich von Akustiktests und Schallleistungsmessungen für terrestrische Anwendungen. Anstatt Mensch, Umwelt und Maschinen vor übermäßig lauten Geräuschen zu schützen oder das Einhalten gesetzlicher Grenzwerte zu prüfen, geht es im NASA Testlabor um Funktionstüchtigkeit und Schadensprävention. Die Simulation extremer Schallbelastungen gibt einen Hinweis darauf, wie sich Raumfahrzeuge und Technik beim Zünden der Raketentriebwerke verhalten.

Für die Prüfung wurde der Mars-Rover Perseverance in der Akustikkammer mit einem Schalldruckpegel von bis zu 143 Dezibel beschallt. Die Steuerung der Stickstoff-befüllten Lautsprecher erfolgt mittels des m+p Acoustic Control Systems. Die vollautomatische Lösung erlaubt die gleichzeitige präzise und reproduzierbare Regelung des Referenzoktavbandspektrums und des Gesamtschalldruckpegels (OASPL). Perseverance hat den Test gut überstanden, es mussten lediglich ein paar Kabel ausgetauscht und einige Befestigungen verstärkt werden.

m+p international - etablierter Partner der Raumfahrt-Industrie

Es erfüllt uns mit Stolz, dass unser Regional Area Manager Mike Layman Ende 2019 bei den Tests des Mars-Rover Perseverance auf Herz und Nieren mit dabei sein durfte. Seit vielen Jahren stattet m+p international das Jet Propulsion Laboratory in Pasadena mit Hard- und Software für ihre Testsysteme aus und ist mittlerweile der größte Lieferant der NASA für Systeme zur akustischen Regelung.

Die gute Interoperabilität und hohe Modularität von m+p Acoustic Control Systems, m+p VibRunner und m+p VibControl sind ein wichtiger Grund dafür, warum internationale Prüflabore auf unsere Produkte setzen. Messkanäle können umfassend für alle Akustik-, Vibrations- und Schockprüfungen eingesetzt und in übergreifenden Untersuchungen verwendet werden. Das beschleunigt die Prüfung und erleichtert die Analyse der aufgenommenen Daten.

Möchten Sie eigene Testsysteme aufbauen, Vibrationsprüfungen durchführen oder akustische Tests durchführen, dann unterstützen wir Sie gern. Nutzen Sie unsere langjährige Erfahrung, um Ihr Projekt auf den richtigen Weg in die Umlaufbahn zu bringen.

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