Il fallimento non è contemplato  Gli ingegneri di Timken progettano i cuscinetti per il prossimo Mars Rover

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Il fallimento non è contemplato Gli ingegneri di Timken progettano i cuscinetti per il prossimo Mars Rover

Nel 2021, un nuovo Rover atterrerà su Marte con la missione di individuare tracce dell’antica vita microbica. Quando arriverà tale giorno, l’ingegnere tecnico senior di Timken, John Renaud, potrà esultare a mani alte e con un “Sì!” I cuscinetti per il freno di discesa che permette al Rover di abbassarsi sulla superficie erano un suo progetto, dopo tutto.

Ma Renaud sostiene di aver progettato quei cuscinetti due anni fa in una sola giornata di lavoro. Il suo superiore, l’ingegnere capo per il settore aerospaziale John Lowry, chiarisce: “John è uno specialista del settore aerospaziale”. Progettare cuscinetti di precisione per applicazioni come i Rover Mars fa parte del lavoro.

Anche il Rover Curiosity attualmente attivo ha utilizzato i cuscinetti Timken per discendere verso il pianeta, così come i due Rover precedenti, Spirit e Opportunity. Curiosity dispone anche di cuscinetti Timken nel mozzo centrale del suo sistema a carosello, poiché questo ruota per posizionare i recipienti di campionamento per raccogliere e analizzare roccia, suolo e atmosfera. Inoltre, due cuscinetti Timken da 6,35 mm (¼ di pollice) azionano la sua minuscola pompa da vuoto, che supporta l’apparecchiatura analitica del Rover

Il valore di un cuscinetto da 6,35 mm

A pensarci, Renaud ha ragione: tutte queste attività del Mars Rover non sono eccessivamente sorprendenti. Qualsiasi meccanismo di rotazione richiede dei cuscinetti, sia che operi nello spazio o sulla Terra. Timken produce cuscinetti da quasi 120 anni, quindi non c’è da stupirsi se ne abbiamo qualcuno su Marte.

Quello che potrebbe sorprendere è quante cose dipendono da questi cuscinetti. “Un cuscinetto non è solo un cuscinetto”, sostiene Renaud. “Variazioni minuscole, decine di millesimi di pollice (2,5 micron) in un modo o nell’altro potrebbero essere la differenza tra l’elemento che funziona o quello in avaria”, afferma.

E il fallimento non è contemplato. Quando una parte si guasta nello spazio, non c’è nessuno a ripararla, quindi l’intera missione potrebbe non andare a buon fine. Nel caso di Curiosity, 2,5 miliardi di dollari e otto anni di pianificazione e sviluppo avrebbero potuto fermarsi poco dopo l’atterraggio sul Pianeta Rosso.

Il 6 agosto 2012, invece, è scivolato dolcemente sulla pianura di Aeolis Palus ed è stato in giro, inviando immagini e analisi per gli ultimi sei anni – ben oltre i 23 mesi di vita previsti – e scrivendo la storia con le sue scoperte.

Sfide dell’applicazione spaziale

Come ingegnere tecnico, Renaud risolve un’ampia gamma di problemi. Progetti di difesa nazionale, satelliti, sensori e giroscopi di yacht, hanno tutti attraversato la sua scrivania. Spesso, sono noti solo i fattori ambientali e le condizioni di carico: le forze esterne che il cuscinetto deve sopportare. “Riceviamo acronimi o il nome di un programma, ma a volte i progetti sono riservati “, afferma. “In cosa va inserito? Non possiamo dirtelo.”

Quando si tratta di applicazioni spaziali, entrano in gioco una serie di fattori che potrebbero non essere così critici nei progetti legati alla Terra. Prima di tutto, dice Renaud, bisogna tenere conto del calore estremo, delle vibrazioni e dell’accelerazione delle condizioni di lancio.

In genere, gli ingegneri Timken elaborano le condizioni di carico fornite dal cliente attraverso Syber, il software di modellazione di proprietà di Timken, “che simula come il cuscinetto reagirà ai fattori di carico e osserva le sollecitazioni di contatto e le deflessioni dell’albero per determinare se si verificherà un problema”, afferma.

I cuscinetti nelle applicazioni spaziali spesso operano in un ambiente di vuoto, che tende ad asciugare. Per risolvere questo problema, i cuscinetti per Curiosity sono stati progettati con una speciale soluzione lubrificante a base di miscele di grasso e olio. L’emissione di gas può essere una questione importante anche nello spazio. “Se lavoriamo con un materiale instabile, potrebbe contaminare tutti i componenti all’interno di un satellite, compresi gli strumenti”, ribadisce Lowry.

Inoltre, i cuscinetti nello spazio devono essere incredibilmente precisi, specialmente quando si punta e si mette a fuoco qualcosa dall’orbita. Se un cuscinetto non funziona correttamente, può influire sulla capacità di posizionare un satellite con precisione, e potrebbe trasmettere vibrazioni al resto del satellite. Questo potrebbe significare che non può ottenere un’immagine chiara, per cominciare.

“Se hai mai provato a ingrandire lo zoom di una fotocamera sul palco ad un concerto, sai quanto sia impossibile tenere la mano ferma, per avere un’immagine chiara a quella distanza”, dice Lowry. “Immaginalo da una distanza nello spazio. La trasmissione della vibrazione quando si cerca di puntare un satellite o mettere a fuoco uno strumento per raccogliere dati è fondamentale. I requisiti possono essere estremamente impegnativi da questo punto di vista.”

Una cultura che valorizza la collaborazione

Renaud lavora per Timken da 11 anni, iniziando come ingegnere di produzione dopo essersi laureato in ingegneria meccanica alla UMass Lowell. Lowry festeggia il suo ventesimo anniversario, assumendo l’incarico di ingegnere capo del settore aerospaziale nel 2011 dopo una carriera in R&S e program management.

“Poco prima di trasferirmi nel settore aerospaziale, ho lavorato su cuscinetti destinati all’energia eolica che hanno un diametro di 3 – 3,7 m (10-12 piedi)”, afferma Lowry. “Qui, alcuni hanno dimensioni di 6,35 mm (1,5 pollici).”

Entrambi godono della varietà dei progetti su cui lavorano. “Ogni giorno è diverso”, dice Renaud.

Tuttavia, lavorare su programmi spaziali da miliardi di dollari significa che la precisione è la protagonista. L’attenzione ai dettagli è fondamentale, così come uno spirito di gruppo che mette al primo posto la comunicazione aperta.

"Le persone sono qui per risolvere i problemi", sostiene Lowry. "Collaborano in modo aperto, onesto e accessibile. Questa è una delle caratteristiche che mi piace di più in Timken."

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

Quali consigli offrono ai giovani ingegneri in cerca del loro prossimo progetto spaziale? “Fate un sacco di domande”, dice Lowry. “Assorbite come se foste una spugna.”

Oggi, sostiene, “alcune delle competenze originali in questo campo hanno iniziato a trasformarsi, e una generazione più giovane sta assumendo questi ruoli. I clienti potrebbero affidarsi maggiormente a noi per il nostro supporto.”

Renaud è d’accordo. “Imparate dai vostri colleghi”, dice. “Quelle persone che hanno fatto questo lavoro per anni sono la vostra risorsa maggiore.”

Al contempo, l’industria spaziale è in rapida evoluzione. “I satelliti stanno diventando sempre più piccoli e più economici”, sostiene Renaud. “Quando un’azienda invia una miriade di piccoli satelliti relativamente economici, a volte è accettabile se alcuni si guastano.” È una cosa a cui Renaud e il team di Timken non sono abituati.

“È un mondo diverso rispetto al precedente volo spaziale”, afferma Lowry. Non vediamo l’ora di affrontare questa sfida. L’esperienza e il modello collaborativo di Timken, combinati con le nuove idee e i nuovi modi di pensare apportati dalla prossima generazione, giocheranno senza dubbio un ruolo importante nel soddisfare le esigenze delle aziende spaziali più piccole e più agili.