La experiencia profunda de Timken hace posible la exploración del espacio profundo

El futuro de los vuelos espaciales está evolucionando a una velocidad asombrosa. La colaboración sin precedentes entre investigadores públicos y privados está impulsando una nueva generación de tecnología para misiones que exploran aún más nuestra luna, Marte y otros lugares más alejados.

Timken aprovecha su profunda experiencia y capacidad en el sector aeroespacial para ayudar a que los clientes desarrollen soluciones donde antes no existían, para misiones que ya no son imposibles, dice John Renaud, ingeniero principal de aplicaciones.

“Sobrediseñamos y sobreconstruimos nuestros rodamientos para que resistan las cargas de lanzamiento. Algunos factores surgirán más adelante, durante la misión. Por ejemplo, la vida útil requerida del rodamiento, las tensiones de contacto y la rigidez del sistema”.

John Renaud
Ingeniero principal de aplicaciones

Destino Europa

Europa Clipper, la nave espacial más grande jamás construida para una misión planetaria de la NASA, Europa Clipper, se lanzó en octubre de 2024. Actualmente, la gravedad de Marte está ayudando a impulsarla más rápido y más lejos hacia el espacio profundo. Cuando en 2030 llegue a la luna helada de Júpiter, Europa, la nave espacial reunirá imágenes y datos que los científicos pueden utilizar para explorar su actividad geológica y su capacidad para albergar vida.

Timken colaboró con el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de la Universidad Johns Hopkins para desarrollar el sistema de apuntamiento para las imágenes de cámara de ángulo estrecho (NAC) que capturará detalles ampliados de la superficie de Europa.

La cámara se asienta en un sistema de cardán de dos ejes que permite un posicionamiento preciso. Este es un elemento crucial para recopilar imágenes de alta resolución, mediciones innovadoras y mapas detallados de Europa. En el corazón del sistema de cardán se encuentran los rodamientos de bolas de sección delgada Timken®, que permiten que los científicos inclinen la cámara con suavidad y precisión.

“El vuelo espacial es muy especializado”, dijo John Renaud, ingeniero principal de aplicaciones de Timken con casi 20 años de experiencia diseñando rodamientos de ingeniería para la aviación espacial, comercial y militar. “Cada nueva misión lleva los límites hasta el extremo”.

Europa Clipper no es una excepción. La nave espacial y su NAC, que está relativamente expuesta dada su posición en el vehículo, ya están sujetas a temperaturas extremadamente bajas y altos niveles de radiación en vuelo. Una vez que llegue cerca de Europa y comience a funcionar a la sombra de Júpiter, se espera que las temperaturas del sistema desciendan a unos gélidos -400 ˚F (-140 ˚C).

Sin embargo, según Renaud, el mayor obstáculo de ingeniería es lo que sucede en la plataforma de lanzamiento.

“Una nave espacial y su carga útil tienen que salir del planeta primero”, explicó. “Sobrediseñamos y sobreconstruimos nuestros rodamientos para que resistan las cargas de lanzamiento. Algunos factores surgirán más adelante, durante la misión. Por ejemplo, la vida útil requerida del rodamiento, las tensiones de contacto y la rigidez del sistema”.

Ingenieros en una sala limpia en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en el sur de California, construyen la cubierta nadir para la nave espacial Europa Clipper de la NASA. Crédito: NASA/JPL-Caltech

La sofisticación en el modelado impulsa la innovación del cliente

A lo largo de un desarrollo que tomó años, Renaud y su equipo ayudaron a los ingenieros de APL y modelaron rodamientos usando diversas iteraciones de diseños de cámaras.

Durante esa etapa, la NASA modificó el vehículo de lanzamiento de la Europa Clipper, y pasó del nuevo Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) al cohete SpaceX Falcon Heavy, más rentable y fácilmente disponible. Este cambio sometería a la NAC y a sus rodamientos a condiciones de carga de lanzamiento diferentes a las que debía soportar la nave espacial cuando fue diseñada originalmente. El cambio también extendió la duración del viaje a Júpiter de la Europa Clippery aumentó drásticamente la exposición total de los rodamientos al frío y la radiación.

Antes y después del cambio, los ingenieros aprovecharon el diseñador de sistemas de rodamientos (BSD) Syber® Timken®, una robusta plataforma de ingeniería de rodamientos con la que modelaron diferentes geometrías y materiales para predecir la vida útil y el rendimiento de los rodamientos. El modelado puede representar un desafío especial para los rodamientos de sección delgada que tienen un gran volumen de elementos rodantes.

“Los datos nos ayudaron a seleccionar materiales atípicos para estos rodamientos, pero fundamentales para la aplicación”, dijo Renaud. “Desarrollamos un rodamiento de bolas de sección delgada utilizando una sujeción de acero y aplicamos un lubricante de película seca adecuado tanto para sobrevivir cargas de lanzamiento como para soportar temperaturas extremas y radiación sostenidas”.

Renaud añadió que la colaboración con los clientes fue muy importante. El equipo de Timken proporcionó rodamientos a los ingenieros de APL para que construyeran y probaran el prototipo de la cámara, así como entradas para las condiciones de prueba. Después de las pruebas, APL brindó datos críticos de carga y rendimiento a Timken para refinar aún más la selección del material para los rodamientos.

“Todo soportó el lanzamiento en octubre”, agregó Renaud. “Una vez que se acerque a Europa, el éxito dependerá de las suposiciones que hicimos y el modelado que logramos juntos”.

Las instalaciones de Timken en Keene, N. H. se especializan en rodamientos de bolas de alta precisión muy pequeños: solo 3,175 mm (1/8 de pulgada) de diámetro exterior. Debido a las tolerancias de precisión más estrictas, los rodamientos se ensamblan e inspeccionan en “salas limpias de clase 10 000”, que están casi libres de contaminación.

Un legado de I+D aeroespacial centrado en el futuro

A lo largo de su recorrido, la Europa Clipper obtendrá más beneficios de las soluciones de rodamientos de Timken en otro sistema fundamental: los conjuntos de ruedas de reacción (RWA). El sistema RWA estabiliza el orbitador del Europa Clipper en vuelo para ayudar a mantener el rumbo y garantizar un posicionamiento preciso de la NAC y otros instrumentos, incluidas las antenas necesarias para transmitir los datos a los científicos en la Tierra.

También pasará por una serie de maravillas, lo que es posible gracias a la labor de Timken durante más de un siglo de innovación aeroespacial,como el telescopio más potente jamás construido y los vehículos exploradores que han recorrido Marte durante casi 30 años.

Estas innovaciones sientan las bases para la próxima generación de tecnología aeroespacial, que está cambiando rápidamente con las nuevas y ambiciosas misiones de las agencias espaciales y la comercialización de actividades, como los viajes espaciales y las comunicaciones por satélite.

“Los fundamentos seguirán siendo los mismos”, concluyó Renaud, “pero continuaremos ayudando a los clientes a correr los límites”.

Los ingenieros de Timken contribuyen a que los clientes aeroespaciales superen las limitaciones y adopten nuevas tecnologías. Conozca cómo nos estamos preparando para los vuelos eléctricos y mejorando la eficiencia del vuelo comercial tradicional con rodamientos cerámicos híbridos.

Published: 2025/06/5