Defectarea nu este o opțiune: Inginerii Timken concep rulmenți pentru următorul vehicul spațial de explorare pentru planeta Marte

Împreună

Defectarea nu este o opțiune: Inginerii Timken concep rulmenți pentru următorul vehicul spațial de explorare pentru planeta Marte

În 2021, un nou vehicul spațial de explorare va ajunge pe Marte, cu misiunea de a căuta semne ale prezenței vieții microbiene în trecutul planetei. Când va sosi acea zi, inginerul senior de aplicații John Renaud și-ar putea ridica pumnul în aer, într-un gest: „Da! Am reușit”. La urma urmei, rulmenții pentru sistemul de frânare la coborâre, care coboară vehiculul pe suprafața planetei, au fost proiectați de el.

Dar Renaud spune că proiectarea acelor rulmenți, cu doi ani în urmă, a făcut parte din munca lui de zi cu zi. Șeful lui, inginerul-șef „Aplicații aerospațiale”, John Lowry, clarifică: „John este intr-un fel specialist în ceea ce privește sectorul zborurilor spațiale”. Proiectarea rulmenților de precizie pentru aplicații precum vehiculele spațiale de explorare pentru planeta Marte face parte din rutina muncii.

Vehiculul spațial de explorare activ în prezent, Curiosity, a folosit, de asemenea, rulmenții Timken la coborârea sa pe solul marțian, așa cum au făcut și celelalte două vehicule înaintea lui, Spirit și Opportunity. Curiosity are rulmenți Timken și în butucul central al sistemului său tip carusel, deoarece acesta se rotește pentru a poziționa recipientele dedicate pentru prelevarea și analizarea probelor de rocă, sol și atmosferă. Pe lângă aceasta, doi rulmenți Timken de ¼ inci (6,35 mm) acționează minuscula pompă de vid care susține funcționarea echipamentului de analiză al vehiculului.

Valoarea unui rulment de ¼ inci

Dacă te gândești bine, aproape că îi dai dreptate lui Renaud – toată această situație cu vehiculul pentru Marte nu este chiar una surprinzătoare. Orice mecanism rotitor necesită rulmenți, indiferent că funcționează în spațiu sau pe Pământ. Timken produce rulmenți de aproape 120 de ani, așadar nu este nicio surpriză că avem vreo câțiva și pe Marte.

Ce ar putea fi surprinzător este cât de solicitați sunt acei rulmenți. „Un rulment nu este doar un rulment”, spune Renaud. „Variații foarte mici, de zece miimi dintr-un inci (2,5 microni), într-un fel sau altul, pot face diferența dintre funcționarea unei piese sau defectarea acesteia”, spune el.

Iar defectarea nu este o opțiune. Când o piesă se defectează în spațiu, nu este nimeni acolo ca să o repare, așadar întreaga misiune poate eșua. În cazul lui Curiosity, 2,5 miliarde de dolari și opt ani de planificare și dezvoltare ar fi putut deveni inutile la puțin timp după asolizarea pe planeta roșie.

În loc de aceasta, vehiculul a glisat ușor pe câmpia Aeolis Palus, la data de 6 august 2012, și se tot mișcă prin împrejurimi de șase ani, trimițând acasă fotografii și analize, depășind cu mult durata de viață proiectată, de 23 de luni, și făcând istorie cu descoperirile lui.

Provocări ale aplicațiilor spațiale

În calitate de inginer de aplicații, Renaud rezolvă o largă varietate de probleme. Proiecte militare, sateliți, senzori și giroscoape pentru iahturi – toate au trecut pe la masa lui de proiectare. Adesea, el primește doar specificațiile privind factorii de mediu și condițiile de încărcare – forțele externe la care trebuie să reziste rulmentul. „Primim acronime sau un nume de program, dar uneori proiectele sunt secrete”, spune el. „Unde va fi folosit? Nu vă putem spune.”

Când vine vorba despre aplicații spațiale, intră în joc un număr de factori care pot să nu fie esențiali în proiectele terestre. „În primul rând”, spune Renaud, „trebuie să ții cont de căldura extremă, de vibrațiile și de accelerația din timpul lansării.”

De obicei, inginerii Timken rulează condițiile de încărcare furnizate de client prin Syber, software-ul de modelare proprietate a Timken, „care simulează modul în care va reacționa rulmentul la condițiile de încărcare și indică tensiunile de contact și deformația arborelui, pentru a stabili dacă vor exista probleme”, spune el.

Rulmenții utilizați în aplicațiile spațiale funcționează adesea în vid, ceea ce tinde să “usuce” lucrurile. Pentru a rezolva această problemă rulmenții din Curiosity au fost concepuți cu o soluție de lubrifiere combinată, unsoare-ulei. Scăpările de gaze pot fi, de asemenea, un motiv de îngrijorare în spațiu. „Dacă lucrăm cu un material instabil, acesta ar putea contamina toate componentele din interiorul unui satelit, inclusiv instrumentele”, spune Lowry.

Rulmenții utilizați în aplicațiile spațiale trebuie, de asemenea, să fie incredibil de preciși, mai ales dacă te orientezi sau te focalizezi asupra a ceva de pe orbită. Dacă un rulment nu funcționează lin, poate afecta capacitatea de a poziționa în mod corect un satelit și ar putea transmite vibrații restului satelitului. Aceasta poate însemna, din start, că nu se poate obține o imagine clară.

„Dacă ați încercat vreodată să vă focalizați aparatul foto asupra scenei, la un concert, știți că este imposibil să țineți mâna nemișcată, pentru a obține o imagine clară de la acea distanță”, spune Lowry. „Imaginați-vă aceasta de la o distanță din spațiul cosmic. Transmiterea de vibrații, când încerci să orientezi un satelit sau să focalizezi un instrument pentru a colecta date, este critică. Cerințele pot fi extrem de provocatoare din acea perspectivă.”

O cultură care prețuiește colaborarea

Renaud lucrează la Timken de 11 ani, începând ca inginer de dezvoltare produs, după ce a absolvit University of Massachussets Lowell, cu o diplomă în inginerie mecanică. Lowry se apropie de cea de-a 20-a aniversare în companie, ocupând postul de inginer-șef „Aplicații aerospațiale” din 2011, după o carieră în dezvoltare și cercetare și gestionarea de programe.

„Chiar înainte să mă mut la aplicații aerospațiale, am lucrat la rulmenții pentru turbine eoliene, care sunt de 10-12 picioare (3 m – 3,7 m) în diametru”, spune Lowry. „Aici, unii dintre rulmenți sunt de doar ¼ inci (6,35 mm) mărime.”

Ambii ingineri se bucură de varietatea de proiecte la care au șansa să lucreze. „Fiecare zi este diferită”, spune Renaud.

Lucrul la programe spațiale de miliarde de dolari înseamnă că acuratețea este pe primul loc, totuși. Atenția la detalii este esențială, precum și cultura de echipă care necesită o comunicare deschisă.

„ Oamenii se află aici pentru a rezolva probleme," spune Lowry. „ Ei colaborează într-un mod deschis, onest și abordabil. Acesta este unul dintre lucrurile de care mă bucur cel mai mult lucrând la Timken."

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

Ce sfat oferă ei tinerilor ingineri aflați în căutarea următorului lor proiect spațial? „Pune multe întrebări”, spune Lowry. „Fii ca un burete.”

Astăzi, el spune: „O parte a experienței inițiale din domeniu a început să predea ștafeta și o generație mai tânără își asumă aceste roluri. Clienții s-ar putea baza mult mai mult pe noi, pentru asistență.”

Renaud este de acord. „Învață de la colegi”, spune el. „Acei oameni, care au lucrat la proiecte spațiale ani de zile, sunt resursa ta cea mai valoroasă”.

În același timp, industria spațială evoluează rapid. „Sateliții devin din ce în ce mai mici și mai ieftini”, spune Renaud. „Atunci când o companie lansează o constelație de sateliți mici, ieftini, uneori este acceptabil când câțiva se defectează”. Acest lucru nu este ceva cu care Renaud și echipa Timken sunt obișnuiți.

„Este o lume diferită față de zborurile spațiale anterioare”, spune Lowry. Dar el așteaptă cu nerăbdare provocarea. Experiența și modelul de colaborare ale Timken, combinate cu noile idei și moduri de gândire pe care le aduce noua generație, vor juca, fără îndoială, un rol important în îndeplinirea cerințelor venite de a companii spațiale mai mici și mai active.