Fallar no es una opción: Los ingenieros de Timken diseñan rodamientos para el próximo Mars Rover

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Fallar no es una opción: Los ingenieros de Timken diseñan rodamientos para el próximo Mars Rover

En 2021, un nuevo vehículo explorador aterrizará en Marte con la misión de buscar señales de vida microbiana antigua. Cuando llegue ese día, John Renaud, el ingeniero de aplicaciones senior de Timken, posiblemente se permita hacer un gesto de victoria y gritar “¡Sí!”. Después de todo, él diseñó los rodamientos para el freno de descenso que permite posar el vehículo explorador sobre la superficie.

Pero Renaud dice que el diseño de esos rodamientos, hace dos años, fue parte de la actividad normal. Su superior, el jefe de ingeniería del sector aeroespacial, John Lowry, lo explica: “John es algo así como un especialista en vuelos espaciales”. Diseñar rodamientos de precisión para aplicaciones como las del vehículo para la exploración de Marte es parte del trabajo.

El vehículo explorador Curiosity, actualmente en actividad, también usó rodamientos de Timken para descender en el planeta, al igual que los dos vehículos anteriores: Spirit y Opportunity. El Curiosity tiene, además, rodamientos de Timken en el cubo central del sistema de carrusel, dado que gira para ubicar las copas de muestreo destinadas a reunir y analizar muestras de las rocas, el suelo y la atmósfera. Por otra parte, dos rodamientos de Timken de ¼ de pulgada (6,35 mm) hacen funcionar la pequeña bomba de vacío, que sostiene el equipo de análisis del vehículo.

El valor de un rodamiento de ¼ de pulgada

Si lo pensamos, Renaud tiene razón en algo: toda esta cuestión del vehículo para la exploración de Marte no causa demasiada sorpresa. Cualquier mecanismo giratorio necesita rodamientos, ya sea que funcione en el espacio o en la Tierra. Timken ha estado fabricando rodamientos durante casi 120 años, así que no es sorprendente que tengamos algunos en Marte.

Lo que sí podría sorprender es lo importante que son esos rodamientos. “Un rodamiento no es solo un rodamiento”, dice Renaud. Y agrega: “Variaciones muy pequeñas, diez milésimas de una pulgada (2,5 micrones), en uno u otro caso, podrían ser la diferencia entre que la pieza funcione o falle”.

Y fallar no es una opción. Cuando una pieza no funciona en el espacio, no hay nadie para repararla, de modo que toda la misión podría fracasar. En el caso del Curiosity, USD 2500 millones y ocho años de planificación y desarrollo podrían haberse visto interrumpidos poco después de aterrizar en el planeta rojo.

En cambio, el 6 de agosto de 2012, planeó suavemente sobre la llanura Aeolis Palus, y ha estado desplazándose y enviando imágenes y análisis durante los últimos seis años, lo que supera en mucho los 23 meses de vida útil proyectados. Y ha estado haciendo historia con sus descubrimientos.

Los desafíos de las aplicaciones espaciales

Como ingeniero de aplicaciones, Renaud soluciona una amplia variedad de problemas. Sobre su escritorio han habido proyectos de defensa nacional, satélites, sensores y giroscopios de yates. A menudo, solo ve los factores ambientales y las condiciones de carga: las fuerzas externas que el rodamiento necesita tolerar. “Recibimos acrónimos o el nombre de un programa, pero, algunas veces, los proyectos son confidenciales —afirma—. ¿De qué se trata? No podemos decirlo”.

Cuando se trata de aplicaciones espaciales, entran en acción una cantidad de factores que posiblemente no sean tan importantes en los proyectos en la Tierra. Renaud explica que, en primer lugar, se debe tener en cuenta el calor, la vibración y la aceleración extremos de las condiciones de lanzamiento.

Normalmente, los ingenieros de Timken replican las condiciones de carga proporcionadas por el cliente en Syber, el software de modelos analíticos de propiedad exclusiva de Timken. “Simula cómo reaccionará el rodamiento a las entradas de carga y observa las tensiones de contacto y las desviaciones de los ejes para determinar si va a haber un problema”, explica.

Con frecuencia, los rodamientos de las aplicaciones espaciales funcionan en un ambiente de vacío, que tiende a resecar los objetos. Para abordar este problema, los rodamientos del Curiosity se diseñaron con una solución lubricante especial que combina grasa y aceite. Otra preocupación en el espacio puede ser el desgasificación. “Si estamos trabajando con un material inestable, se podrían contaminar todos los componentes dentro de un satélite, incluso los instrumentos”, dice Lowry.

Los rodamientos en el espacio también tienen que ser increíblemente precisos, en especial cuando están apuntando hacia algo y haciendo foco en eso desde la órbita. Si un rodamiento no está funcionando correctamente, puede afectar la capacidad para posicionar un satélite con exactitud y podría transmitir vibración al resto del satélite. Eso impediría que pueda obtener una imagen clara, para empezar.

“Si alguna vez trató de hacer enfocar con la cámara hacia el escenario en un concierto, sabe que es imposible mantener la mano inmóvil para obtener una imagen clara a esa distancia —dice Lowry—. Imagine eso mismo desde una distancia del espacio exterior. La transmisión de vibración cuando está tratando de apuntar un satélite o hacer foco con un instrumento para reunir datos es fundamental. Desde esa perspectiva, los requisitos pueden plantear un gran desafío”.

Una cultura que valora la colaboración

Renaud ha estado en Timken durante 11 años. Comenzó como ingeniero de productos después de haberse graduado de la Universidad de Massachusetts Lowell con un diploma en ingeniería mecánica. Lowry está llegando a su 20.º aniversario; en 2011, después de una carrera en Investigación y desarrollo y gestión de proyectos, ocupó el cargo de jefe de ingeniería en el sector aeroespacial.

“Justo antes de pasar a este sector, había trabajado en rodamientos para energía eólica que miden de 10 a 12 pies (de 3 m a 3,7 m) de diámetro —dice Lowry—. Aquí, algunos solo tienen ¼ de pulgada (6,35 mm)”.

Ambos disfrutan la variedad de proyectos en los que trabajan. “Cada día es diferente”, dice Renaud.

No obstante, trabajar en programas espaciales de miles de millones de dólares implica que la exactitud tiene un rol destacado. La atención a los detalles es fundamental, además de una cultura de equipo que valora la comunicación abierta.

“Las personas están aquí para resolver problemas —explica Lowry—. Colaboran de manera abierta, honesta y asequible. Esa es una de las características que más disfruto del trabajo en Timken”.

Timken engineers, John Renaud (left) and John Lowry (right)

¿Qué consejo ofrecen a los ingenieros jóvenes que buscan su próximo proyecto espacial? “Pregunten —dice Lowry—. Sean como una esponja”.

Esto es lo que él explica hoy: “Una parte del conocimiento original en el campo ha comenzado a cambiar, y una generación más joven está asumiendo esos roles. Es posible que los clientes dependan más de nuestro apoyo”.

Renaud coincide: “Aprendan de sus compañeros de trabajo. Las personas que han estado haciendo esa tarea durante años son el mejor recurso”.

Al mismo tiempo, la industria espacial está evolucionando rápidamente. “Los satélites son cada vez más pequeños y económicos —manifiesta Renaud—. Cuando una empresa envía una constelación de satélites de poco tamaño y costo relativamente bajo, algunas veces se acepta que unos pocos fallen”. Eso es algo a lo que Renaud y el equipo de Timken no están acostumbrados.

“Es un mundo distinto al del vuelo espacial anterior”, dice Lowry. Pero aspira a superar el desafío. El modelo de conocimiento y colaboración de Timken, combinado con las nuevas ideas y formas de pensar que la próxima generación aporta, sin duda tendrá un papel importante al momento de satisfacer las demandas de las empresas espaciales más pequeñas y ágiles.