Raumfahrtrobotik: Was sich auf der Erde bewährt, kann auch im All funktionieren

• Anwendungen im Orbit stellen ganz besonders hohe Anforderungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit. Zudem sind auch die Umgebungsbedingungen bei Start, Betrieb und gegebenenfalls Landung von Raumfahrtkomponenten extrem.
• Bislang hat die Branche daher vorwiegend auf speziell für diesen Einsatzfall entwickelte Technologien gesetzt. Für diese fanden sich dann später immer mal wieder sinnvolle Anwendungsfälle auf der Erde.
• Was die Raumfahrtrobotik betrifft, eröffnet sich mit dem Ethernet-Feldbus EtherCAT nun jedoch auch der umgekehrte Weg.

Die bisher vorherrschende Methode, in der Raumfahrt speziell für den jeweiligen Einsatzfall entwickelte Technologien anzuwenden, stößt an Grenzen. Denn sie führt zu hohen Entwicklungskosten, und nicht zuletzt wegen der sehr überschaubaren Anzahl von Anbietern auch zu hohen Kosten für die Komponenten selbst und deren Betrieb. Deshalb geht die Raumfahrtindustrie – nicht nur die „New Space“- Unternehmen mit ihren ungewöhnlichen und pragmatischen Methoden – vermehrt auch den umgekehrten Weg. Was sich auf der Erde bewährt hat, kann ja auch im Weltall funktionieren. Voraussetzung ist dabei, dass die Technologie die zusätzlichen Anforderungen der Branche erfüllt. Und so sind die Anbieter von Raumfahrtrobotik auf EtherCAT gekommen. Denn die für Motion Control-Anwendungen auf der Erde wichtige Kommunikationstechnologie eignet sich auch für entsprechende Anwendungen im Weltall.

Anlässlich des Space Symposiums in Colorado Springs, das als der wichtigste Branchentreff der Raumfahrtindustrie gilt, haben führende Hersteller von Raumfahrtrobotik gemeinsam mit Beckhoff und der EtherCAT Technology Group ein Whitepaper zum Thema „Wie die Weltraumrobotik vom Weltstandard für Antriebskommunikation profitiert“ veröffentlicht. Darin werden zunächst die allgemeinen und speziellen Anforderungen der Raumfahrt-Roboter an ein Bussystem diskutiert. Hierzu gehören neben kurzer Zykluszeit und genauer Synchronisation die Verfügbarkeit von strahlungsfesten Chips, die Möglichkeit, defekte Knoten durch Re-Konfiguration des Netzwerks ersetzen zu können sowie das breite Angebot an unterschiedlichen Geräten für den einfachen Aufbau von Testumgebungen und Prototypen. Dann wird erläutert und diskutiert, wie EtherCAT diese Anforderungen erfüllt.

Anwendungen von EtherCAT in der Raumfahrtrobotik

Zu den über Co-Autoren am Whitepaper beteiligten Unternehmen gehört mda, das kanadische Raumfahrtunternehmen. Es entwickelt zurzeit die Canadarm3 Roboterarme für das Lunar Gateway der NASA. Auch Canadarm im Space Shuttle und der Canadarm2-Roboterarm stammen von mda. Letzterer spielt bei den Raumfahrtspaziergängen auf der ISS eine zentrale Rolle. Motiv Space aus Kalifornien entwickelte den Roboterarm des NASA Mars Rovers „Perseverance“. Dieser über 2 Meter lange Arm mit fünf Gelenken trägt einige der wichtigsten wissenschaftlichen Instrumente des Rovers für die Suche nach Anzeichen von Leben auf dem Mars trägt. Tethers Unlimited ist der Hersteller des Kraken-Roboterarms. Somit steht der Raumfahrtindustrie ein kompakter Manipulator mit sieben Freiheitsgraden zur Verfügung. Er ermöglicht es kleinen Raumfahrzeugen, Montage-, Fertigungs- und Wartungsarbeiten im Weltraum durchzuführen.

Das Institut für Robotik und Mechatronik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) setzt EtherCAT bereits seit vielen Jahren in vielfältigen Anwendungen ein – und hatte bereits EtherCAT-basierte Systeme auf der ISS im Einsatz. Der EtherCAT-Roboter Caesar (Compliant Assistance and Exploration SpAce Robot) wurde für eine Vielzahl von Aufgaben im Weltraum entwickelt, zum Beispiel den Zusammenbau von Strukturen, die Wartung und Reparatur von Satelliten oder dem Entfernen von Weltraumschrott.

Caesar war bei der begleitenden Ausstellung des Space Symposiums an prominenter Stelle zu sehen: der ideale Ort, um das Whitepaper zu EtherCAT in der Raumfahrtrobotik zu präsentieren.

Bild oben: Weltraumroboter Caesar auf dem Space Symposium in Colorado Springs, CO, USA. Bildquelle: EtherCAT Technology Group

Weitere Informationen: https://www.ethercat.org/

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