Hos den japanske maskinproducent Komatsu arbejder ingeniørerne med en usædvanlig opgave. Virksomheden er nemlig del af et japansk udviklingsprojekt, der skal bane vejen for automatiseret og fjernstyret anlægsarbejde på Månens overflade.

Projektet hænger sammen med den internationale Artemis-satsning, som USA lancerede i 2019 med målet om igen at sende mennesker til Månen. Mere end 40 lande deltager i samarbejdet omkring Artemis-programmet.

I Japan foregår udviklingen blandt andet gennem landets såkaldte Space Construction Innovation Project. Her har Komatsu fået ansvaret for forskning og udvikling af entreprenørmaskiner, der skal kunne arbejde under de særlige forhold på Månen. Målet er at bringe projektet markant videre frem mod begyndelsen af 2030'erne.

En byggeplads med helt andre spilleregler

For Komatsu betyder projektet, at mange af de grundlæggende principper, som entreprenørmaskiner normalt konstrueres efter, må gentænkes.

Forholdene på Månen adskiller sig naturligvis fundamentalt fra dem på Jorden. Tyngdekraften er lavere, temperaturudsvingene er ekstreme, der er ingen atmosfære, og terrænet består blandt andet af kratere, stejle skråninger og løst månestøv.

Derudover er det i praksis meget vanskeligt at gennemføre realistiske fysiske tests på selve Månen - eller i noget sammenligneligt miljø.

Derfor spiller digitale tvillinger en central rolle i Komatsus udviklingsarbejde.

Ved hjælp af digital twin-teknologi kan virksomheden skabe en virtuel model af både månemiljøet og de maskiner, der skal arbejde i det. I det virtuelle miljø kan ingeniørerne simulere eksempelvis gravearbejde, kørsel og andre arbejdsoperationer og på den måde identificere problemer, inden maskinerne nogensinde forlader Jorden.

Lav tyngdekraft

En af de største udfordringer er Månens tyngdekraft, som kun er omkring en sjettedel af Jordens.

På Jorden udnytter entreprenørmaskiner deres egen vægt til både at stå stabilt og overføre kraft til underlaget. På Månen vil den samme maskine veje langt mindre. Det betyder, at maskinen både risikerer at blive ustabil og får vanskeligere ved at udvikle tilstrækkelig gravekraft.

Komatsu har derfor undersøgt forskellige måder at øge maskinernes stabilitet på. En af løsningerne er at øge længden af den del af undervognen, der er i kontakt med Månens overflade. Ifølge Komatsu viser de digitale simuleringer, at en større kontaktflade kan forbedre stabiliteten og samtidig øge gravekraften betydeligt, uden man behøver øge maskinens vægt.

På den måde håber producenten at kunne opnå en arbejdsydelse, der minder om den, man kender fra entreprenørmaskiner på Jorden.

Fra 110 varmegrader til 170 graders frost

Tyngdekraften er langt fra den eneste udfordring.

En konventionel dieselmotor vil eksempelvis ikke kunne fungere på Månen, fordi der ikke er nogen atmosfære og dermed heller ingen ilt til forbrændingen. Elektriske maskiner er derfor et oplagt udgangspunkt, eventuelt kombineret med energi fra solceller.

Men også her skaber månemiljøet problemer.

På Månens overflade kan temperaturen stige til omkring 110 grader celsius og falde helt ned til minus 170 grader.

Elektriske komponenter, batterier, motorer og øvrig elektronik skal derfor kunne fungere under temperaturforhold, som ligger langt uden for dem, normale entreprenørmaskiner udsættes for.

Komatsu arbejder blandt andet med termisk styring og andre teknologier fra virksomhedens udvikling af elektrificerede maskiner for at håndtere temperaturudsvingene.

Kratere, skråninger og månestøv

Selv hvis energiforsyning, stabilitet og gravekraft kan løses, mangler der dog fortsat at blive taget hånd om en afgørende udfordring.

Fremkommeligheden.

Månens terræn er præget af kratere efter meteornedslag, bakker og skråninger, der kan have hældninger på 20-30 grader.

Samtidig er overfladen dækket af såkaldt regolit. Det er et løst lag af stenfragmenter, mineralpartikler og fint støv, som kan gøre både kørsel og arbejde med maskiner vanskeligt.

Komatsu undersøger derfor nye typer undervogne og larvebåndssystemer. Blandt de koncepter, virksomheden arbejder med, er et såkaldt multi-crawler-system med flere separate larvebånd, som kan give maskinerne større stabilitet og bevægelighed i ujævnt terræn.

Udviklingen foregår digitalt

Komatsu gennemfører løbende simuleringer af forskellige arbejdsopgaver i virksomhedens digitale månemiljø. Resultaterne bruges efterfølgende til at ændre og forbedre maskindesignene.

Ved at simulere et stort antal situationer forsøger ingeniørerne gradvist at gøre maskinernes konstruktion mere præcis og komme tættere på de forhold, de senere kan møde på Månens overflade.

Komatsu har tidligere udviklet blandt andet køretøjer til Antarktis, dozere, der kan arbejde under vand, og fjernstyrede entreprenørmaskiner til indsats i områder omkring vulkaner og andre katastrofezoner. Månen er nu blevet den næste ekstreme arbejdsplads, som Komatsu vil udvikle maskiner til.