PTScientists: Mission to the Moon
Entwicklung des Rovers "Audi Lunar Quattro" und der Landefähre "ALINA" mit SOLIDWORKS
Maerkische Allee 82A-84A
12681 Berlin
Deutschland
Eine Mission zum Mond – dafür braucht es nach landläufiger Meinung eine staatliche Weltraumagentur wie die NASA oder die ESA. Die Berliner Firma PTScientists sieht das ganz anders und baut eine Mond-Landefähre sowie Rover, die im Jahr 2018 oder 2019 die Landestelle von Apollo 17 besuchen sollen. Sein kühnes Vorhaben setzt das Unternehmen unter anderem mit Unterstützung der Spezialisten von Solidline um.
Teilnahme am Google Lunar X-Prize.
PTScientists entstand 2008, als Firmengründer Robert Böhme und eine Schar befreundeter Ingenieure und Enthusiasten sich zusammenschlossen, um am Wettbewerb um den Google Lunar X-Prize teilzunehmen. Ziel dieses von Google finanzierten und von der X-Prize Foundation ins Leben gerufenen Wettbewerbs ist es, eine Sonde auf dem Mond landen zu lassen und mit einem Rover mindestens 500 Meter auf der Mondoberfläche zurückzulegen. Im Dezember 2009 konnte PTScientists den ersten Prototypen seines Rovers vorstellen. Seit Februar 2011 arbeiten die PTScientists mit der deutschen Weltraumagentur DLR zusammen, um im Roverbau gemeinsam voranzukommen. Im Juli 2014 bestand der Rover der dritten Generation Asimov R3c im Rahmen des Google Lunar X-Prize dann eine Reihe harter Tests und konnte Milestone Challenges in den Kategorien Kamera und Rover gewinnen – was für das Team eine Finanzspritze von 750.000 Dollar bedeutete.
Audi lunar quattro: Fahrzeugbau und Leichtbau-Expertise
von Audi.
von Audi.
Das Jahr 2015 sah dann zum einen den Bezug des ersten echten Firmensitzes – die Mitarbeiter hatten zuvor in den heimischen Kellern oder Garagen gearbeitet – und den Abschluss einer Partnerschaft mit Audi. Die Kooperation umfasste nicht nur finanzielle Unterstützung, sondern auch Know-how. So wurde zum einen das Design des Rovers überarbeitet, zum anderen brachten die Ingolstädter Autobauer ihre Erfahrungen im Fahrzeug- und Leichtbau sowie im Metall-3D-Druck ein. Das führte zu einer Reduzierung des Rovergewichts von 45 auf 35 Kilogramm. Bei einem geschätzten Preis von 500.000 Dollar für den Transport von einem Kilo Masse in den Orbit ein nicht zu unterschätzender Vorteil.
LTE auf dem Mond: Mond-Landefähre „Alina“ und Kooperationspartner Vodafone.
PTScientists hat zusätzlich die Mond-Landefähre Alina entwickelt, die Rover und Nutzlast vom Erdorbit auf den Mond bringen soll. Alina ist so ausgebaut, dass sie bei der ersten Mission zwei Rover und weiteres Material transportieren kann, vorerst insgesamt 100 Kilogramm Nutzlast. In 2017 ging PTScientists eine Partnerschaft mit Vodafone ein, in deren Rahmen Alina mit einer LTE-Basisstation ausgerüstet wird. So können die Bilder und Filme der Rover über LTE an die Landefähre und von dort zur Erde gefunkt werden. Das entlastet die Batterien der Rover, während die Landefähre größere Ressourcen hat. Da PTScientists weitere Missionen plant und jede Landefähre mit einer LTE-Station ausgestattet werden soll, wird sich im Laufe der Jahre ein Funknetz auf dem Mond bilden, das beispielsweise in den 2020er Jahren, wenn die ersten bemannten Mondstationen geplant sind, von den Bewohnern genutzt werden kann.
SOLIDWORKS überzeugt mit einfacher Bedienung und unschlagbarem Preis-Leistungs-Verhältnis.
Jürgen Brandner, CTO und Konstruktionsleiter, arbeitete vor der Gründung von PTScientists als Konstrukteur in der Medizintechnik und hatte dort schon SOLIDWORKS eingesetzt. „Ich arbeite seit 1999 mit SOLIDWORKS und war schon immer davon begeistert, wie einfach das Arbeiten in diesem System ist“, so Brandner weiter. „Es ist möglich, einen Monteur in 40 Minuten so weit zu bekommen, dass er in SOLIDWORKS ein Gestell aus Normprofilen aufbauen kann. Das habe ich in keinem anderen System jemals gesehen.“ Zudem sei das Kosten-Nutzen-Verhältnis unerreicht. „SOLIDWORKS und Solidline unterstützen mich in der Konstruktionsarbeit so optimal, dass wir nie über eine Alternative nachgedacht haben.“
Thermische-, Festigkeits- und Vibrationsanalysen mit SOLIDWORKS Simulation.
In einer Masterarbeit lässt Brandner derzeit überprüfen, ob SOLIDWORKS Simulation die speziellen Anforderungen der Raumfahrt erfüllt: „Bisher wurden in der Raumfahrt die üblichen speziellen Simulationssysteme genutzt. Wir wären die Ersten, die SOLIDWORKS Simulation in dieser Branche einsetzen. Deshalb will ich erst einmal wissen, ob die Software mit den besonderen physikalischen Voraussetzungen und Randbedingungen des Weltraums und der Mondoberfläche zurechtkommt. Wir beginnen mit thermischen Simulationen und gehen dann weiter zu Festigkeit und der für den Flug sehr wichtigen Vibrationsanalyse.“ Brandner setzt große Hoffnungen in diese Untersuchung: „Es würde mich sehr freuen, wenn wir SOLIDWORKS Simulation einsetzen könnten, weil die Software so nahtlos in das CAD-System integriert und damit sehr einfach zu nutzen ist. Schon alleine für schnelle Simulationen im Konstruktionsprozess wäre SOLIDWORKS Simulation eine große Hilfe.“
Enorme Anforderungen an die Elektronik-Entwicklung
Die Anforderungen an ein ferngesteuertes, mit vier einzeln um 360 Grad lenkbaren Rädern ausgestattetes Fahrzeug, das fast 400.000 Kilometer entfernt eingesetzt werden soll, sind enorm. Die Laufzeit der Funksignale liegt bei 1,5 Sekunden, das bedeutet, dass jede Lenkbewegung erst 1,5 Sekunden später ausgeführt wird, die Rückmeldung über die Kamera benötigt weitere 1,5 Sekunden zurück zur Erde. – „Beim Steuern des Rovers hat man das Gefühl, betrunken zu sein“, sagt Brandner. Die Elektronik des Rovers besitzt Intelligenz, die die Steuerbefehle des Operators in die relativ komplexen Bewegungen der Räder übersetzt. Dabei ist die Elektronik im Weltall besonderen Bedingungen unterworfen, unter anderem der viel stärkeren Strahlung.
Deshalb kommen Elektronik und Steuerungs-Software des Rovers besondere Bedeutung zu. Die elektronischen Schaltkreise und die Software müssen redundant und fehlertolerant sein – und dabei kompakt, um in dem engen Chassis des Rovers Platz zu haben. Dabei ist die enge Integration des bei PTScientists genutzten Elektronikentwicklungssystems von Altium und von SOLIDWORKS eine große Hilfe: Dank des SOLIDWORKS PCB Connector werden die 3D-Daten der Leiterplatten komplett mit der Bestückung erzeugt und in SOLIDWORKS übertragen – so lassen sich Kollisionen oder Optimierungsmöglichkeiten schnell erkennen.
Optimale standortübergreifende Zusammenarbeit mit SOLIDWORKS PDM.
Die Konstrukteure arbeiten zurzeit noch an verschiedenen Orten, Brandner in Salzburg, sein Kollege in Wien. Beide greifen auf den Datenbestand zu, den die Datenverwaltungslösung SOLIDWORKS PDM Professional in Berlin vorhält. „Das hat sich rasch bewährt“, erinnert sich Brandner, „und zwar so gut, dass wir inzwischen auch alle anderen Dokumente in SOLIDWORKS PDM verwalten, beispielsweise Dokumentationen und andere Daten im Word-Format. SOLIDWORKS PDM sorgt dafür, dass die Revisionen der Dokumente sauber nachvollziehbar sind und immer klar ist, welche Version die aktuellste ist. Besonders gut gefällt mir, dass wir dieses Tool weit über die Entwicklung hinaus nutzen können. SOLIDWORKS PDM sieht beispielsweise für den Einkäufer einfach wie ein weiteres Laufwerk aus, in dem er ohne großen Aufwand die PDF-Daten findet, die er für sein Angebot benötigt.“ Das PDM-System klinkt sich dazu in den Windows Explorer ein und ermöglicht es, nach Dokumenten zu suchen und sie in einem speziellen Laufwerk zu öffnen, zu bearbeiten und zu speichern. Aus diesem Grund ist auf Anwenderseite praktisch keine Schulung notwendig.
Schon die Einführung verlief sehr reibungslos, wie sich Brandner erinnert: „Solidline implementierte das System und gab mir und dem Kollegen aus der IT eine angenehm kompakte Schulung in der Anwendung und Administration von SOLIDWORKS PDM. Das war sehr effizient. Wir werden bis zum Start der Mission bis auf etwa 50 Mitarbeiter wachsen und demnächst auch die Konstruktion nach Berlin verlagern“, schließt Brandner. „Dazu bauen wir einen Konstruktionsraum mit vier Arbeitsplätzen auf, wobei uns Solidline sicher wieder wertvolle Tipps geben kann.“
Fazit.
„Mit SOLIDWORKS haben wir ein Lösungsportfolio gefunden und implementiert, das so einfach wie irgend möglich zu bedienen ist. So können wir bei PTScientists unsere im wahrsten Sinn des Wortes hochfliegenden Pläne möglichst effizient in die Realität umsetzen.“ Jürgen Brandner
solidnews: Das SOLIDWORKS Magazin der Solidline AG
Den Bericht über die Entwicklung des Audi lunar quattro finden Sie auch in der Ausgabe 2018 unseres SOLIDWORKS Magazins solidnews. Abonnieren Sie jetzt die solidnews, wir schicken Sie Ihnen kostenfrei per Post.
Erfahren Sie mehr über die von PTScientists eingesetzten Lösungen:
Mehr zu SOLIDWORKS CAD finden Sie hier.
Mehr zu SOLIDWORKS Simulation finden Sie hier.
Mehr zu SOLIDWORKS PCB finden Sie hier.
Mehr zu SOLIDWORKS PDM finden Sie hier.
