A experiência aprofundada da Timken permite a exploração do espaço

O futuro do voo espacial está evoluindo a uma velocidade surpreendente. A colaboração sem precedentes entre pesquisadores públicos e privados está impulsionando uma nova geração de tecnologia para missões que explorarão ainda mais a lua, Marte e além.

A Timken aproveita sua aprofundada experiência e recursos aeroespaciais para ajudar os clientes a desenvolver soluções que não existiam antes, para missões que não são mais impossíveis. John Renaud, engenheiro-chefe de aplicações, explica.

“Nós criamos projetos robustos e construímos nossos rolamentos com requisitos extremamente exigentes, para que sobrevivam às cargas de lançamento. Fatores como a vida útil necessária, tensões de contato e rigidez do sistema que surgem mais tarde na missão já são considerados desde o início”.

John Renaud
Engenheiro-chefe de aplicações

Destino: Europa

A maior nave espacial já construída para uma missão planetária da NASA, a Europa Clipper foi lançada em outubro de 2024 e está atualmente recebendo assistência da gravidade de Marte para lançá-la mais rapidamente e mais longe no espaço profundo. Ao chegar à lua gelada de Júpiter, Europa, em 2030, a nave espacial reunirá imagens e dados que os cientistas poderão usar para explorar sua atividade geológica e capacidade de abrigar vida.

A Timken colaborou com o cliente APL (Laboratório de Física Aplicada) da Universidade Johns Hopkins para desenvolver o sistema de apontamento para o sistema de imagem da NAC (Câmera de ângulo estreito) que capturará detalhes ampliados da superfície da Europa.

A câmera fica em um sistema de juntas cardan de dois eixos que permite um posicionamento preciso — um elemento fundamental para a coleta de imagens de alta resolução, medições inovadoras e mapeamento detalhado da Europa. No coração do sistema de juntas cardan estão os rolamentos de esferas de seção fina da Timken®, que permitem que os cientistas inclinem a câmera de forma suave e precisa.

“O voo espacial é muito especializado”, disse John Renaud, engenheiro-chefe de aplicações da Timken com quase 20 anos de experiência na concepção de rolamentos de última geração para aviação espacial, comercial e militar. “Cada nova missão leva os limites ao extremo.”

A Europa Clipper não é uma exceção. A nave espacial e sua NAC, que fica relativamente exposta dada a sua posição no veículo, já estão sujeitos a temperaturas extremamente baixas e a níveis elevados de radiação durante o voo. Quando chegar às proximidades da Europa e começar a funcionar na sombra de Júpiter, espera-se que as temperaturas do sistema caiam para um valor extremo de -140˚C.

No entanto, de acordo com Renaud, o maior obstáculo de engenharia é o que acontece na plataforma de lançamento.

“Uma nave espacial e sua carga útil têm que sair do planeta primeiro”, disse ele. “Nós criamos projetos robustos e construímos nossos rolamentos com requisitos extremamente exigentes, para que sobrevivam às cargas de lançamento. Fatores como a vida útil necessária, tensões de contato e rigidez do sistema que surgem mais tarde na missão já são considerados desde o início”.

Engenheiros em uma sala limpa no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, no sul da Califórnia, constroem o convés da nave espacial Europa Clipper da NASA. Créditos: NASA/JPL-Caltech

Modelagem sofisticada avança a inovação de clientes

Renaud e sua equipe auxiliaram engenheiros do APL ao longo de seu desenvolvimento de anos, modelando rolamentos compatíveis com variadas iterações de design das câmeras.

Durante o desenvolvimento, a NASA modificou o veículo de lançamento da Europa Clipper do novo SLS (Space Launch System) para o foguete SpaceX Falcon Heavy, mais econômico e de disponibilidade imediata. Essa mudança sujeitaria a NAC e seus rolamentos a um conjunto diferente de cargas de lançamento em relação àquelas para as quais a espaçonave foi originalmente projetada. A mudança também estendeu a duração da viagem da Europa Clipper a Júpiter, aumentando drasticamente a exposição total dos rolamentos ao frio e à radiação.

Antes e depois da mudança, os engenheiros usaram o BSD (Designer de sistemas de rolamentos) Syber® da Timken®, uma plataforma robusta de engenharia de rolamentos, para modelar diferentes geometrias e materiais e prever a vida útil e o desempenho dos rolamentos. A modelagem pode ser especialmente desafiadora para rolamentos de seção fina que têm um alto volume de elementos rolantes.

“Os dados nos ajudaram a selecionar materiais atípicos para esses rolamentos, mas cruciais para a aplicação”, disse Renaud. “Desenvolvemos um rolamento de esferas de seção fina usando um retentor de aço e aplicamos um lubrificante de filme seco adequado tanto para sobreviver às cargas de lançamento quanto para suportar temperaturas extremas e radiação contínuas.”

Renaud acrescentou que a colaboração com o cliente foi essencial. A equipe da Timken forneceu aos engenheiros do APL rolamentos para construir e testar o protótipo da câmera, bem como informações para condições de teste. Após os testes, o APL forneceu dados críticos de carga e desempenho de volta à Timken para refinar ainda mais a seleção de materiais dos rolamentos.

“Tudo sobreviveu ao lançamento em outubro”, acrescentou Renaud. “Assim que o veículo se aproximar da Europa, o sucesso será baseado nas suposições que fizemos e na modelagem que fizemos juntos.”

A instalação da Timken em Keene, NH, é especializada em rolamentos de esferas de superprecisão tão pequenos quanto 3,1 milímetros em diâmetro externo. Devido às tolerâncias de precisão mais rígidas, os rolamentos são montados e inspecionados em “salas limpas de classe 10 000”, que são praticamente livres de contaminação.

Um legado de P&D aeroespacial, com foco no futuro

Ao longo de sua jornada, a Europa Clipper se beneficiará das soluções adicionais de rolamentos da Timken em outro sistema crucial — seus RWAs (Conjuntos de rodas de reação). O sistema de RWA estabiliza o orbitador da Europa Clipper em voo para ajudar a manter o curso e garantir o posicionamento preciso da NAC e de outros instrumentos, incluindo antenas necessárias para retransmitir dados aos cientistas da Terra.

Ele também passará por uma série de outras maravilhas possíveis através de mais de um século de inovação aeroespacial da Timken, como o telescópio mais poderoso já construído e os rovers que exploraram Marte por quase 30 anos.

Essas inovações estabelecem a base para a próxima geração de tecnologia aeroespacial, que está mudando rapidamente com as novas e ambiciosas missões das agências espaciais e a comercialização de atividades como viagens espaciais e comunicação por satélite.

“Os fundamentos permanecerão os mesmos”, concluiu Renaud, “mas continuaremos ajudando os clientes a ir longe e ultrapassar barreiras”.

Os engenheiros da Timken ajudam os clientes aeroespaciais a expandir limites e a adotar novas tecnologias. Saiba como estamos nos preparando para voos elétricos e aumentando a eficiência de voos comerciais tradicionais com rolamentos cerâmicos híbridos.

Published: 2025/06/5