L’échec n’est pas une option: Les ingénieurs Timken conçoivent des roulements pour le prochain Rover de Mars

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L’échec n’est pas une option: Les ingénieurs Timken conçoivent des roulements pour le prochain Rover de Mars

En 2021, un nouveau Rover atterrira sur Mars avec pour mission de rechercher des traces d’une ancienne vie microbienne. Lorsque viendra ce jour, John Renaud, ingénieur application sénior de Timken, va peut-être serrer les poings et lancer un joyeux « Yes ! ». Les roulements pour le frein de descente qui fait descendre le Rover sur la surface sont de son invention.

Mais M. Renaud déclare que la conception de ces roulements, il y a deux ans, fait partie de sa routine quotidienne. Son chef, John Lowry, ingénieur en chef de l’aérospatiale, clarifie : « John est en fait un spécialiste des vols spatiaux », dit-il. Concevoir des roulements de précision pour des applications comme le Rover de Mars fait partie de son travail.

Le Rover actuellement en activité, le Curiosity, a également utilisé les roulements Timken lors de la descente sur la planète, comme l’ont fait les deux Rovers précédents , le Spirit et le Opportunity. Le Curiosity possède également des roulements Timken dans le moyeu central de son système de carrousel, qui tourne pour positionner des tubes d’échantillons pour la collecte et l’analyse de roches, de la terre et de l’atmosphère. De surcroît, deux roulements Timken d’un quart de pouce (6,5 mm) entraînent sa minuscule pompe à vide, qui prend en charge l’équipement d’analyse du Rover.

La valeur d’un roulement d’un quart de pouce

Quand vous y réfléchissez , M. Renaud a raison : toute cette histoire du Rover de Mars n’est pas si surprenante. Tout mécanisme en rotation nécessite des roulements, qu’il fonctionne dans l’espace ou sur terre. Timken fabrique des roulements depuis près de 120 ans, il n’est donc pas surprenant que quelques-uns se trouvent sur Mars.

Ce qui peut être surprenant , c’est l’importance de ces roulements. « Ce n’est pas un roulement comme un autre », explique M. Renaud. « De très petites variations , dix millièmes de pouce (soit 2,5 µm) en plus ou en moins, pourraient faire toute la différence entre une pièce en état de fonctionnement ou défaillante » dit-il.

Et les défaillances ne sont pas permises. Lorsqu’une pièce est défaillante dans l’espace, il n’y a personne pour la réparer, cela pourrait alors être synonyme d’échec pour la mission. Dans le cas de Curiosity, un investissement de 2,5 milliards de dollars et huit années de planification et développement auraient pu s’arrêter peu après l’atterrissage sur la planète rouge.

Au lieu de cela, il a plané en douceur dans la plaine d’Aeolis Palus le 6 août 2012, et a sillonné cette zone, renvoyant des images et des analyses au cours des six dernières années – bien au-delà de sa durée de vie prévue de 23 mois – marquant ainsi l’histoire avec ses découvertes.

Défis des applications spatiales

En tant qu’ingénieur application, M. Renaud résout une grande variété de problèmes. Des projets de défense nationale, des satellites, des capteurs et des gyroscopes de yacht sont tous passés par son bureau. Il ne voit souvent que les facteurs environnementaux et les conditions de charge, les forces externes auxquelles le roulement doit être capable de résister. « On nous donne des acronymes ou un nom de programme, mais parfois les projets sont classifiés », dit-il. « Dans quoi sont-ils intégrés ? Nous ne pouvons pas vous le dire. »

Dans les applications spatiales, certains des facteurs qui entrent en jeu ne sont peut-être pas aussi critiques dans les projets terrestres. Tout d’abord, explique M. Renaud, il faut tenir compte de la chaleur, des vibrations et de l’accélération extrême lors du lancement dans l’espace.

En général, les ingénieurs Timken font passer les conditions de charges fournies par le client par Syber, le logiciel de modélisation exclusif de Timken, « qui simule la façon dont réagira le roulement lorsque soumis aux conditions de charge, et qui analyse les contraintes de contact et les flexions de l’arbre pour déterminer s’il y aura un problème » explique-t-il.

Dans les applications spatiales, les roulements fonctionnent souvent dans un environnement sous vide, ce qui tend à assécher les pièces. Pour régler ce problème, les roulements de Curiosity ont été conçus avec une solution de lubrifiant spéciale qui mélange graisse et huile. Le dégazage peut également être source de préoccupation dans l’espace. « Si nous travaillons avec un matériau instable, il pourrait contaminer tous les composants situés à l’intérieur d’un satellite, y compris les instruments » explique M. Lowry.

Dans l’espace, les roulements doivent également être très précis, en particulier lorsque vous dirigez le satellite sur un point une fois en orbite et que vous essayez de faire la mise point. Si un roulement ne fonctionne pas bien, il peut affecter la capacité de positionner précisément un satellite, et pourrait transmettre des vibrations au reste du satellite. Pour commencer, cela pourrait être synonyme d’une image floue.

« Avez-vous déjà essayé de faire un zoom avec votre appareil photo sur la scène lors d’un concert ? Vous savez qu’il est impossible de bien le stabiliser dans votre main pour obtenir une image nette à cette distance », explique M. Lowry. « Imaginez cela avec la distance d’un certain point dans l’espace. Lorsque vous essayez de pointer un satellite sur une direction donnée, ou que vous essayez de faire la mise au point d’un instrument pour recueillir des données, la transmission des vibrations est essentielle. Les exigences peuvent être extrêmement difficiles si l’on considère les choses de ce point de vue. »

Une culture qui attache beaucoup d’importance à la collaboration

M. Renaud, employé chez Timken depuis 11 ans, a commencé au poste d’ingénieur produits après avoir obtenu son diplôme en génie mécanique de l’université du Massachusetts à Lowell . M. Lowry, qui arrivera bientôt à son 20e anniversaire, est entré au poste d’ingénieur en chef de l’aérospatiale en 2011, après une carrière dans la recherche-développement et la gestion de programmes.

« Avant de passer à l’aérospatiale, j’ai travaillé dans les roulements pour l’énergie éolienne qui font jusqu’à 3 à 3,7 m (10 à 12 pieds) de diamètre », explique M. Lowry. « Ici, certains roulements ne font que 6,35 mm (¼ de pouce). »

Les deux hommes apprécient la variété de projets sur lesquels ils peuvent travailler. « Chaque jour est différent », dit M. Renaud.

Toutefois, travailler sur des programmes spatiaux qui valent des milliards de dollars signifie que la précision tient le devant de la scène. Le souci du détail est essentiel, ainsi que la culture d’équipe qui attache une importance particulière à la communication ouverte.

« Les gens sont là pour résoudre des problèmes, » dit M. Lowry. laquo; Ils collaborent de façon ouverte, honnête et transparente. C’est une des caractéristiques qui me plaît le plus dans mon travail chez Timken. »

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

Quels conseils offre-t-il aux jeunes ingénieurs à la recherche de leur prochain projet spatial ? « Posez beaucoup de questions », dit M. Lowry. « Soyez une éponge. »

« Aujourd’hui », dit-il, « certains des experts d’origine du secteur sont partis, et c’est donc une génération plus jeune qui remplit ces rôles. Les clients peuvent davantage compter sur nous pour obtenir notre soutien. »

M. Renaud est d’accord. « Apprenez des choses de vos collègues », dit-il. « Les personnes qui font ce travail depuis des années sont votre meilleure ressource. »

En même temps, l’industrie aérospatiale est en mutation rapide. « Les satellites deviennent de plus en plus petits et de moins en moins coûteux », dit Renaud. « Lorsqu’une société envoie une constellation de petits satellites relativement peu onéreux, il est parfois acceptable que quelques-uns échouent .. » C’est une chose à laquelle M. Renaud et l’équipe Timken ne sont pas habitués.

« C’est un monde différent des anciens vols spatiaux », dit M. Lowry. Mais il se réjouit du défi. Le modèle d’expertise et de collaboration Timken, allié aux nouvelles idées et modes de penser que la nouvelle génération apporte, jouera sans aucun doute un rôle important pour répondre aux exigences de sociétés aérospatiales plus petites et plus agiles.